Leben auf fernen Monden
Flüssiges Wasser gehört zu den wichtigsten Bedingungen für die Entstehung von Leben, wie wir es auf der Erde kennen. Forschende des ORIGINS Clusters und am Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik aus den Bereichen Astrophysik, Astrochemie und Biochemie haben nun erstmals die notwendigen Eigenschaften von Monden um freifliegende Planeten ermittelt, um flüssiges Wasser ausreichend lange zu speichern und somit Leben zu ermöglichen.
Für die Entstehung von Leben auf der Erde ist flüssiges Wasser eine entscheidende Komponente. Obwohl bisher erst ein Planet bekannt ist, auf dem Leben entstand, nimmt die Wissenschaftswelt an, dass auch anderswo das Vorkommen von Flüssigwasser eine zentrale Rolle in der chemischen Entwicklung spielt, die zur Entwicklung von Leben führen kann. In- und außerhalb unseres Sonnensystems definiert die habitable Zone einen ringförmigen Bereich um das Zentralgestirn, in welchem es auf Planeten weder zu heiß noch zu kalt für flüssiges Wasser ist. Auch Monde können habitabel sein – sogar wenn sie zu Planeten jenseits der habitablen Zone gehören. Dazu müssen sie anstelle der Wärme eines Zentralsterns allerdings eine andere Heizquelle aufweisen, wie etwa wechselnde Gezeitenkräfte. So verbirgt sich beispielsweise dank Gezeitenheizung unter der Eiskruste des Saturnmondes Enceladus ein Ozean aus flüssigem Wasser.
Monde um freifliegende Planeten können habitabel sein
Die Entdeckung dutzender freifliegender Planeten (FFPs) in unserer Galaxis hat das Verständnis der frühen Evolution von Planetensystemen und die Theorien zur Planetenentstehung verändert. Diese einsamen Wanderer wurden vermutlich durch dynamische Instabilitäten aus ihren Planetensystemen ausgestoßen und haben somit keinen Mutterstern mehr. Sie können jedoch, wenn sie Monde auf engen Umlaufbahnen haben, diese durch ihre Schwerkraft an sich binden. Am besten funktioniert das bei jupiterähnlichen Planeten mit erdgroßen Monden. So entstehen neue, unerwartete Orte, wo sich Leben bilden könnte.
In einer früheren Studie zu flüssigem Wasser auf Monden sternloser Planeten demonstrierten die Forschenden, dass erdgroße Monde um jupiterähnliche Planeten tatsächlich flüssiges Wasser aufweisen könnten. „Wir haben Modelle für diese Umgebung erstellt und herausgefunden, dass es unter bestimmten Bedingungen und unter der Annahme zeitlich stabiler Parameter für den Orbit flüssiges Wasser auf der Oberfläche eines derartigen Mondes geben kann“, erklärt Tommaso Grassi vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik. „Auch wenn die Wassermenge für einen Exomond mit der Masse der Erde am Ende kleiner ist als die Wassermenge in den irdischen Ozeanen, würde sie ausreichen, um die Entwicklung von frühem Leben zu ermöglichen.“
Lokale Nass-Trocken-Kreisläufe (Verdunstung und Kondensation) bieten, wie kürzlich von ORIGINS Wissenschaftlern in einer Studie zu den ersten Schritten der Evolution gezeigt wurde, die notwendige chemische Komplexität, die eine Ansammlung von Molekülen und die Polymerisation von RNA fördern könnten.
Astrophysik trifft Biochemie
Die Umlaufbahn von Exomonden um FFPs wird mit der Zeit weniger exzentrisch und mehr kreisförmig. Dadurch verringern sich die Gezeitenkräfte und folglich auch die Heizeffizienz. In einer einzigartigen Zusammenarbeit entwickelte das Team ein neues, realistisches Modell, das die Entwicklung von Mondbahnen über lange Zeiten berechnen kann. Dabei handelt es sich um Zeitskalen von einigen Milliarden Jahren, wie sie für die Entwicklung des Lebens notwendig sind.
„Auf diese Weise fanden wir heraus, dass Exomonde mit kleinen Bahnradien nicht nur die größten Chancen haben, den Rauswurf ihres Planeten aus seinem Planetensystem zu überleben, sondern auch über den längsten Zeitraum exzentrisch bleiben“, erklärt die Erstautorin Giulia Roccetti, Doktorandin bei der ESO. „Sie produzieren so auf optimale Weise Gezeitenwärme.“ Zudem begünstigen dichte Atmosphären flüssiges Wasser zu erhalten. Somit sind insbesondere erdgroße Monde mit venusähnlichen Atmosphären, die kleine Abstände zu ihrem Planeten haben, Kandidaten für habitable Welten.
