Künstlerische Darstellung eines achsengeneigten Exoplaneten (Illu.).
Copyright: NASA
Lafayette (USA) – Planeten, deren Achse wie jene unserer Erde geneigt ist, sind vermutlich eher in der Lage, komplexes Leben zu entwickeln als andere. Mit dieser Erkenntnis könnte die Suche nach fortgeschrittenem außerirdischem Leben verfeinert werden.
Wie das unter anderem von der NASA geförderte Team um Stephanie Olson von der Purdue University auf der diesjährigen „Goldschmidt Geochemistry Conference“ berichtete, haben sie ein ausgeklügeltes Modell jener Bedingungen erstellt, unter denen das Leben auf der Erde Sauerstoff produzieren kann. Das Modell ermöglichte es ihnen, verschiedene Parameter einzugeben, um zu zeigen, wie sich verändernde Bedingungen auf einem Planeten die Menge an Sauerstoff verändern können, der durch photosynthetisches Leben produziert wird.
Grundlage der Überlegungen ist die Annahme, dass Exoplaneten genau die richtige Entfernung von ihren Sternen haben müssen, damit die Grundlagen zumindest des irdischen Lebens – flüssiges Wasser – existieren kann. Diese Abstandsregion wird als „habitable Zone“ bezeichnet. Um allerdings fortgeschrittenes, komplexeres Leben hervorbringen zu können, erscheinen noch weitere Faktoren wichtig, insbesondere der atmosphärische Sauerstoff. Sauerstoff spielt eine entscheidende Rolle bei der Atmung der meisten der uns bekannten Lebensformen, also dem chemischen Prozess, der den Stoffwechsel der komplexen Lebewesen antreibt. Einige grundlegende Lebensformen produzieren Sauerstoff in kleinen Mengen, aber für komplexere Lebensformen wie Pflanzen und Tiere ist Sauerstoff entscheidend. Die frühe Erde besaß wenig Sauerstoff, obwohl es einfache Lebensformen gab.
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„Das Modell ermöglicht es uns, Faktoren wie die Tageslänge, die Menge der Atmosphäre oder die Landverteilung zu ändern, um so zu sehen, wie die Meeresumwelt und das sauerstoffproduzierende Leben in diesen Ozeanen jeweils darauf reagieren“, erklärt Olson.
Die Forschenden fanden heraus, dass eine zunehmende Tageslänge, ein höherer Oberflächendruck und die Entstehung von Kontinenten, die Ozeanzirkulationsmuster und der damit verbundene Nährstofftransport auf eine Weise beeinflussen, die die Sauerstoffproduktion erhöhen kann.
Als Ergebnis dieser Simulationen glauben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, dass diese Faktoren zur Sauerstoffversorgung der Erde beigetragen haben, indem sie den Sauerstofftransfer in die Atmosphäre begünstigten, da sich die Erdrotation verlangsamt hat, die Kontinente angewachsen sind und der Oberflächendruck im Laufe der Zeit zugenommen hat.
„Das interessanteste Ergebnis erzielten wir aber, als wir die ‚Orbital Obliquity‘ modelliert haben – mit anderen Worten, die Art und Weise, wie sich ein Planet neigt, wenn er um seinen Stern kreist“, erläutert Megan Barnett, eine an der Studie beteiligte Doktorandin der University of Chicago und führt dazu weiter aus: „Eine stärkere Neigung erhöhte in unserem Modell die photosynthetische Sauerstoffproduktion in den Ozeanen, teilweise durch die Erhöhung der Effizienz, mit der biologische Inhaltsstoffe recycelt werden.“
Die Erdkugel ist in einem Winkel von 23,5 Grad um ihre Achse geneigt. „Dies gibt uns unsere Jahreszeiten, wobei Teile der Erde im Sommer mehr direktes Sonnenlicht erhalten als im Winter“, erläutern die Forschenden. „Allerdings sind nicht alle Planeten in unserem Sonnensystem so geneigt wie die Erde: Uranus ist um 98 Grad geneigt, während Merkur überhaupt nicht geneigt ist.“
Bei der Suche nach Leben auf einem anderen Planeten müssen also mehrere Faktoren berücksichtigt werden: „Der Planet muss die richtige Entfernung von seinem Stern haben, um flüssiges Wasser zuzulassen und die chemischen Bestandteile für den Ursprung des Lebens zu haben. Aber nicht alle Ozeane sind gute Wirte für das Leben, wie wir es kennen, und eine noch kleinere Gruppe an Planeten wird geeignete Lebensräume haben, damit das Leben dort die Komplexität von Tieren erreichen kann“, so Olson weiter. „Kleine Neigungen oder extreme Saisonalität auf Planeten mit Uranus-ähnlichen Neigungen können die Verbreitung von Leben einschränken, aber eine mittlere Neigung eines Planeten auf seiner Achse kann die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass er sauerstoffreiche Atmosphären entwickelt, die als Antrieb für mikrobielles Leben dienen und den Stoffwechsel großer Organismen ankurbeln könnten.“
Dies könnte nun Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen dabei behilflich sein, die Suche nach komplexem, vielleicht sogar intelligentem Leben im Universum einzugrenzen.
Timothy Lyons, Professor für Biogeochemie an der University of California, Riverside, kommentiert die Ergebnisse abschließend wie folgt: „Die erste biologische Produktion von Sauerstoff auf der Erde und seine erste nennenswerte Anreicherung in der Atmosphäre und den Ozeanen waren Meilensteine in der Geschichte des Lebens auf der Erde. Studien über unseren eigenen Planeten zeigen, dass Sauerstoff eine der wichtigsten Biosignaturen bei der Suche nach Leben auf entfernten Exoplaneten sein kann. Aufbauend auf diesen Beobachtungen und numerischen Simulationen haben Olson und Kollegen einen kritischen Bereich planetarischer Möglichkeiten erforscht, der über die in der Erdgeschichte beobachteten Faktoren hinausreicht. Ihre Arbeit zeigt, wie Schlüsselfaktoren, einschließlich der Saisonalität eines Planeten, die Möglichkeit der Entdeckung von Sauerstoff von außerirdischem Leben erhöhen oder minimieren.
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Recherchequelle: Goldschmidt Geochemistry Conference
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