Die Suche nach einem habitablen Planeten ist weiterhin in vollem Gange. “Habitabel” bedeutet in diesem Fall, dass es sich um einen Planeten handelt, auf dem die gleichen lebensfreundlichen Bedingungen herrschen wie bei uns.. Momentan kennen wir allerdings nur einen einzigen Himmelskörper dieser Art: Unsere Erde. Es erscheint plausible, dass es irgendwo bei einem anderen Stern andere Planeten geben muss, die ebenfalls lebensfreundlich sind. Aber auch wenn in den Medien immer wieder die Entdeckung einer “zweiten Erde” verkündet wird, ist so ein Fund weiterhin außerhalb unserer Reichweite. Wir haben schlicht und einfach (noch) nicht die technischen Mittel um die Bedingungen auf anderen Planeten einwandfrei zu bestimmen.
Links: der einzige bekannte lebensfreundliche Planet. Rechts: eine künstlerische Darstellung die mit der Realität nichts zu tun haben muss (Bild: NASA/Ames/JPL-Caltech/T. Pyle)
Das bedeutet aber nicht, dass man sich mit diesem Thema nicht weiterhin beschäftigen kann und soll. Im nächsten Jahrzehnt werden wir die Mittel, also entsprechend große Teleskope, zur Verfügung haben um die Bewohnbarkeit von Planeten untersuchen zu können. Und bis dahin kann es nicht schaden, wenn wir eine halbwegs gute Vorstellung haben, wo man suchen sollte. Zu diesem Zweck untersuchen Astronomen die habitablen Zonen von Sternen. Das ist ein einerseits sehr simples, andererseits aber auch sehr komplexes Konzept. Simpel, weil es sich einfach formulieren lässt: Grundlage für die Lebensfreundlichkeit eines Planeten ist die Energiemenge, die er von seinem Stern bekommt. Ist der Planet dem Stern zu nahe, dann kriegt er zu viel Energie und es ist zu heiß für Leben wie wir es kennen. Ist er zu weit entfernt, dann ist es zu kalt. Es gibt also einen Bereich rund um einen Stern in dem die Energiemenge genau richtig ist: Das ist die habitable Zone. Kompliziert ist die Sache allerdings, wenn es darum geht, die Grenzen dieses Bereichs genau zu berechnen. Denn hier spielt jetzt nicht mehr nur die Energie vom Stern eine Rolle, sondern auch die Eigenschaften des Planeten. Wenn der Planet zum Beispiel keine Atmosphäre hat, dann ist er nicht lebensfreundlich. Wenn er eine zu dünne Atmosphäre hat, kann er die Wärme des Sterns nicht halten. Ist die Atmosphäre zu dicht, dann kann es einen Treibhauseffekt geben und es wird zu warm. Es gibt also keine klare Grenze. Je nach Definition reicht die habitable Zone in unserem Sonnensystem von der Umlaufbahn der Venus bis hin zu der des Mars. Trotzdem sind sowohl die Venus als auch der Mars definitiv nicht lebensfreundlich!
Noch komplizierter wird die Sache, wenn man die zeitliche Entwicklung betrachtet. Früher waren wahrscheinlich sowohl die Venus als auch der Mars deutlich lebensfreundlicher. Auf beiden Himmelskörpern hat es vermutlich flüssiges Wasser gegeben; die Grundlage des Lebens. Dann aber hat auf der Venus der Treibhauseffekt eingesetzt und der Mars hat wegen seiner geringen Größe seine innere Wärme und damit sein Magnetfeld verloren. Beides führte dazu, dass sich die Bedingungen massiv verschlechtert haben.
Kurz gesagt: Die Grenzen der habitablen Zone zu bestimmen ist kompliziert. Wer sich mit der entsprechenden Fachliteratur beschäftigt, wird viele verschiedene Definitionen finden die alle zu unterschiedlichen Grenzen führen. Vor diesem Problem standen auch Stephen Kane von der San Francisco State University und seine Kollegen als sie einen Katalog mit Planeten in der habitablen Zone ihrer Sterne erstellen wollten (“A Catalog of Kepler Habitable Zone Exoplanet Candidates”). Die Sache wird zusätzlich erschwert, weil man für die notwendigen Berechnungen ja auch die Eigenschaften des Sterns möglichst gut kennen muss. Das aber ist nicht immer der Fall. Die Grundlage für den Katalog von Kane und seinen Kollegen waren die Planetenfunde des amerikanischen Weltraumteleskops Kepler das bisher schon ein paar tausend Planeten anderer Sterne entdeckt hat. Manche der “Funde” sind aber nur Planetenkandidaten, deren Existenz und Natur noch nicht bestätigt werden konnte.
Kane und seine Kollegen haben also erstmal alle Planeten aus ihrem Katalog geworfen, bei denen die Eigenschaften der Sterne nicht ausreichend gut bekannt waren. Dann haben sie zwei einander überlappende habitable Zonen definiert. Eine “optimistisch” und eine “konservative”. Bei der äußeren Grenze unterscheiden sich beide Bereiche nicht stark; in unserem Sonnensystem würden sowohl die konservative als auch die optimistische habitable Zone ein Stückchen außerhalb der Marsbahn enden. Bei der inneren Grenze sieht es anders aus. Die optimistische Grenze liegt nur ein Stück außerhalb der Venusbahn; die konservative Grenze dagegen knapp innerhalb der Erdbahn.
Ungefähr erdgroße Planeten(kandidaten) in der optimistischen (orange) und konservativen (grünen) habitablen Zone ihrer Sterne (Bild: Kane et al, 2016)
Nachdem das erledigt war, haben Kane und seine Kollegen alle Planeten katalogisiert, die in einer der beiden habitablen Zone ihres Sterns lagen. Dabei haben sie sich aber klugerweise nicht nur auf Planeten beschränkt, die in Größe oder Masse der Erde ähnlich sind. Ziel ihrer Arbeit war es nicht eine “zweite Erde” zu finden. Das geht nicht und das wussten auch Kane & Co. Vor allem ist auch noch lange nicht gesagt, dass ein Planet der so groß und so schwer wie die Erde ist und in der habitablen Zone seines Sterns liegt auch auf jeden Fall die gleichen Bedingungen wie die Erde aufweisen muss! Da gibt es noch jede Menge andere Faktoren, die eine Rolle spielen. Aber wenn man irgendwann in ein paar Jahren gezielt nach einer echten “zweiten Erde” suchen will, lohnt sich so ein Katalog. Er lohnt sich aber auch wenn man nach lebensfreundlichen Himmelskörpern suchen will, die anders als die Erde sind. Der Jupiter hat zum Beispiel vier sehr große Monde (Io, Europa, Ganymed und Callisto). Würden sie alleine die Sonne umkreisen anstatt den Jupiter, dann würde wir sie ohne Frage als eigenständige Planeten klassifizieren und nicht als Monde. Und würden sie sich in der habitablen Zone des Sonnensystems bewegen, dann könnten sie durchaus lebensfreundliche Bedingungen aufweisen (zum Beispiel Europa, der jede Menge Wasser enthält, das eben leider nur unter einer dicken Eisschicht liegt). Aber anderswo gibt es Gasplaneten wie Jupiter die sich nicht fern von ihrem Stern befinden sondern in der habitablen Zone. Und wenn diese Gasplaneten ebenso viele große Monde haben wie die Gasplaneten bei uns, dann könnten diese Monde vielleicht habitabel sein. Wer auf der Suche nach solchen lebensfreundlichen Exomonden ist, kann mit dem Katalog von Kane & Co ebenfalls gut arbeiten.
Innerhalb der Grenzen der optimistischen habitablen Zone haben Kane und seine Kollegen 104 Planeten(kandidaten) identifiziert. In der konservativen habitablen Zone liegen immerhin noch 63 Himmelskörper. Betrachtet man nur die, deren Radius kleiner als der doppelte Erdradius ist, dann sind es 29 in der optimistischen und 20 in der konservativen habitablen Zone. Es gibt also genug Ziele die die Teleskope der Zukunft untersuchen können. Und es werden mit Sicherheit noch viel mehr werden. Früher oder später werden wir eine “zweite Erde” finden, wenn es sie denn gibt. Und wenn es irgendwann so weit ist, werdet ihr auch hier bei mir im Blog die Schlagzeile “Zweite Erde entdeckt!” lesen können. Aber nicht früher!
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