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ForscherInnen zeigen, dass junge Sterne erdähnliche Stickstoff-dominierte Atmosphären
rapide zerstören können
Wien (universität) - Der Entdeckung tausender Planten, welche um entfernte Sterne kreisen, folgte eine
der fundamentalen Fragen der heutigen Wissenschaft: Kann sich Leben auf diesen entwickeln? Eine zentrale Bedingung
dafür ist die Fähigkeit der Planeten eine Atmosphäre zu bilden und über ihre Lebenszeit zu
erhalten. In einer Kooperation von Forschern der Universität Wien und dem Institut für Weltraumforschung
in Graz wurde gezeigt, dass speziell junge Sterne in der Lage sind diese Schutzhülle innerhalb kürzester
Zeit zu zerstören. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit, Leben außerhalb unseres Sonnensystems zu
finden, erheblich. Die Ergebnisse erscheinen aktuell in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics Letters.
Eines der aktivsten Forschungsthemen der modernen Astronomie ist die Suche nach Planeten mit erdähnlicher
Atmosphäre und Oberflächenbeschaffenheit, die in der Lage ist Leben zu beherbergen. Bisher lag einer
der Schwerpunkte auf Planeten, welche sogenannte M-Zwerge umkreisen. Diese M-Zwerge sind zwar erheblich kleinere
und kühlere Sterne als unsere Sonne, jedoch sind sie deutlich häufiger in unserer Galaxie aufzufinden.
Die Sterne, um welche die Exoplaneten kreisen, sind der primäre Verursacher der atmosphärischen Erosion.
Besitzt der Stern ein sehr starkes Magnetfeld, führt dies zu intensiver Emission hochenergetischer UV- und
Röntgenstrahlung. Bei unserer Sonne war diese sogenannte "solare Aktivität" in den ersten hundert
Millionen Jahren ausgesprochen hoch und verringerte sich mit fortschreitendem Alter rapide. M-Zwerge können
dieses extreme Aktivitätslevel jedoch für mehrere Milliarden Jahre beibehalten.
Hochenergetische Strahlung wird in den äußeren Schichten der Atmosphäre, der Thermosphäre,
absorbiert und heizt diese, im Fall der Erde, auf mehr als 1000 Grad Celsius auf. In derselben Höhe befinden
sich viele Satelliten und auch die Internationale Raumstation ISS, welche in etwa 400 km Entfernung die Erde umkreist.
Im Falle von hochaktiven jungen Sternen oder M-Zwergen können diese Temperaturen noch weitaus höher ausfallen,
sodass die aufgeheizten Gase im Extremfall an das Weltall verloren gehen. Die Geschwindigkeit mit der dies geschieht
ist für erdähnliche Planeten bisher nur wenig unzureichend erforscht.
ForscherInnen der Universität Wien und dem Institut für Weltraumforschung in Graz haben nun zum ersten
Mal die Zeitskala errechnet, in der ein erdähnlicher Planet seine Atmosphäre verliert, würde er
um einen sehr aktiven Stern kreisen. Die Berechnungen zeigen, dass der Verlust der kompletten Erdatmosphäre
im Extremfall in weniger als einer Million Jahre vonstatten gehen kann, was bezogen auf die Evolutionszeitskala
von Planeten nahezu augenblicklich anmutet.
Diese Resultate haben schwerwiegende Auswirkungen auf das Bild der Entwicklung der jungen Erde, sowie auf die Eignung
von Planeten aktiver M-Zwerge eine Atmosphäre, und somit uns bekanntes Leben, zu entwickeln. Im Falle der
Erde ist die wahrscheinlichste Erklärung für das Bestehenbleiben der Atmosphäre ihrer Zusammensetzung.
Die Atmosphäre der junge Erde bestand vermutlich primär aus Kohlendioxid, welches die hochenergetische
Strahlung absorbierte und sie sehr effizient als Infrarotstrahlung wieder an das All abgeben konnte. Dies begrenzte
die Aufheizung der äußeren Thermosphäre und den dazugehörigen Verlust der Gaspartikel. Weiters
bedeutet es, dass sich die heutige Stickstoffatmosphäre erst nach mehreren hundert Millionen Jahren bilden
konnte – zu einer Zeit, als die Sonne ein deutlich niedrigeres Aktivitätsniveau erreicht hatte.
Dramatischer steht es um Planeten, die M-Zwerge umkreisen. Diese könnten erst nach vielen Milliarden Jahren
in der Lage sein könnten, erdähnliche Atmosphären und Oberflächen auszubilden und zu behalten.
Wahrscheinlicher ist aber, dass diese Planeten keine oder nur eine sehr dünne Atmosphäre besitzen. In
beiden Fällen ist die Wahrscheinlichkeit Zeichen von Leben auf diesen Planeten zu finden geringer als bisher
vermutet.
Publikation in Astronomy&Astrophysics Letters:
C. P. Johnstone, M. L. Khodachenko, T. Lüftinger, K. G. Kislyakova1,
H. Lammer and M. Güdel: Extreme hydrodynamic losses of Earth-like atmospheres in the habitable zones of very
active stars
DOI: 10.1051/0004-6361/201935279
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