Komen waterwerelden vaker voor dan verwacht?

Je zou denken dat typische aardse kenmerken onze wereld begiftigd hebben met zijn blauwe schat. Een onderzoek heeft nu aangetoond dat op lange termijn ook vloeibaar water kan voorkomen op planeten met oeratmosferen van waterstof en helium, zo blijkt uit een onderzoek. Volgens de simulatie van het model kan het onder bepaalde omstandigheden een broeikaseffect produceren dat miljarden jaren een gematigd klimaat mogelijk maakt. De studie geeft dus aan dat de eerdere zoektocht naar potentieel bewoonbare werelden in een extreem smalle ruimte, zeggen de wetenschappers.

Op onze planeet is het levenselixer geworden: vloeibaar water is de basisvoorwaarde voor het bestaan ​​van alle terrestrische organismen en de geschiedenis van hun ontwikkeling begon zogenaamd in de oceanen. Dit belang kenmerkt dus ook het onderzoeksveld in de astrobiologie: bij de zoektocht naar buitenaards leven speelt de vraag naar de mogelijkheid van vloeibaar water op verre hemellichamen een belangrijke rol. Daarom zijn astronomen vooral geïnteresseerd in exoplaneten die op de onze lijken. “Een van de redenen waarom water op aarde een vloeistof is, is vanwege de atmosfeer”, zegt co-auteur Ravitt Held van de Universiteit van Zürich. “Met zijn natuurlijke broeikaseffect vangt het de juiste hoeveelheid warmte op om de noodzakelijke voorwaarden voor oceanen, rivieren en regen te creëren”, legt de wetenschapper uit.

Het broeikaseffect hangt vooral af van gassen als kooldioxide of methaan, zoals algemeen bekend is van de door de mens veroorzaakte toename van deze stoffen in de atmosfeer. Veel exoplaneten zouden echter andere atmosferische samenstellingen kunnen hebben, en zelfs de aarde had niet de gasomhulling die ze tegenwoordig heeft in zijn vroege dagen. “Toen onze planeet werd gevormd uit kosmisch gas en stof, verzamelde ze een atmosfeer die voornamelijk uit waterstof en helium bestond – de zogenaamde oeratmosfeer”, legt Held uit. In de loop van haar evolutie verloor de aarde echter deze oorspronkelijke atmosfeer en ontwikkelde ze een nieuwe die het optimale broeikaseffect mogelijk maakte door de aanwezigheid van vloeibaar water aan het oppervlak.

Richt u op exotische kasomstandigheden

Als onderdeel van hun studie hebben Held en haar collega’s nu onderzocht in hoeverre de meest massieve rotsachtige planeten – de zogenaamde superaarde – uitgebreide oeratmosferen kunnen accumuleren, die bewaard zijn gebleven en zorgen voor gematigde omstandigheden. “Zulke enorme oeratmosferen kunnen ook een broeikaseffect veroorzaken – vergelijkbaar met de huidige atmosfeer van de aarde. Dus we wilden zien of deze atmosferen de voorwaarden voor vloeibaar water konden creëren”, zegt Held. Een andere belangrijke factor werd ook benadrukt: de tijd van mogelijk bestaan ​​van dergelijke omstandigheden, die belangrijk lijkt te zijn voor de mogelijkheid van de evolutie van het leven.

Om hun onderzoeksvragen te beantwoorden, simuleerden de onderzoekers de evolutie van vele planeten in verschillende configuraties en combinaties van kenmerken gedurende miljarden jaren. Naast de kenmerken van de atmosferen van de planeten, hielden ze ook rekening met de intensiteit van de straling die ze van hun sterren ontvangen. Een andere factor is de interne warmte die de planeten naar buiten kunnen afgeven. De wetenschappers legden uit dat, hoewel deze geothermische energie slechts een ondergeschikte rol speelt in de omstandigheden op het aardoppervlak, het aanzienlijk kan bijdragen aan de opwarming van planeten met enorme oeratmosferen.

Meer mogelijkheden in de zoektocht naar leven in de ruimte

Zoals ze meldden, toonden hun simulaties aan dat in veel gesimuleerde sets van omstandigheden de oorspronkelijke atmosfeer verloren ging als gevolg van intense straling van nabijgelegen sterren. In sommige gevallen bleef de atmosfeer van waterstof en helium echter lang behouden en kon dankzij de relatief hoge dichtheid voor een gunstig broeikaseffect zorgen: niet zozeer, zodat het water niet verdampte, en niet zo weinig, dat het niet helemaal bevroor. “Onder bepaalde omstandigheden kunnen er omstandigheden ontstaan ​​waardoor vloeibaar water kan bestaan”, vat eerste auteur Marit Moll-Loss van de Universiteit van Bern samen. Wat de intrinsieke warmtefactor betreft, werd ook duidelijk: “In simulatiegevallen, waar voldoende aardwarmte het oppervlak bereikt, is zelfs intense straling van de ster niet nodig voor de aanwezigheid van oppervlaktecondities waardoor vloeibaar water kan bestaan”, Verlies zegt.

“Misschien het belangrijkste is dat onze resultaten aantonen dat in sommige gevallen gunstige omstandigheden zeer lange perioden kunnen aanhouden – tot tientallen miljarden jaren”, merkt de onderzoeker op. Haar collega Christophe Mordasini van de Universiteit van Bern vervolgt: “Aangezien de aanwezigheid van vloeibaar water een mogelijke voorwaarde is voor leven en leven op aarde, kan het enkele miljoenen jaren duren voordat leven op aarde zich ontwikkelt, dit kan de horizon zijn voor het uitbreiden van de zoektocht voor buitenaardse levensvormen. Volgens onze resultaten kan het zelfs evolueren op zogenaamde vrij zwevende planeten die niet rond een ster draaien, “zegt Mordasini.

De onderzoekers benadrukken echter dat voorzichtigheid geboden blijft bij het interpreteren van de onderzoeksresultaten. Omdat het nog steeds niet duidelijk is hoe vaak theoretisch geschikte atmosferen en sterrenbeelden van exoplaneten daadwerkelijk in de ruimte voorkomen, en hoe waarschijnlijk het is dat er leven verschijnt. “Dit is een astrobiologische vraag. Ons werk heeft echter aangetoond dat onze geocentrische kijk op een bewoonbare planeet misschien te beperkt is”, besluit Mordasini.

Bron: Universiteit van Bern, gespecialiseerd artikel: Natuurlijke astronomie, doi: 10.1038/s41550-022-01699-8

© wissenschaft.de – Martin Vieweg