Seminarfacharbeit zum Thema Leben auf Exoplaneten Welchen Einfluss haben die Bedingungen der gewählten Exoplaneten auf mögliches Leben und wie könnten sich mögliche Lebewesen daran anpassen? Wie haben sich Lebewesen auf der Erde an ähnliche Bedingungen angepasst? Gliese581 c Allgemeine Informationen: Der Exoplanet Gliese581 c umkreist seinen Stern in 13 Erdtagen und ist etwa 11 Millionen km von diesem entfernt. Das Sternsystem von Gliese581 entstand vor etwa 4,3 Milliarden Jahren und ist etwa 20,4 Lichtjahre von der Erde entfernt. Der Stern von Gliese581 c ist ein roter Zwerg mit einem Durchmesser von etwa 529.000 km, der zu regelmäßigen Röntgenstrahlenausbrüchen neigt. Der Planet hat ca. 5 Erdmassen, eine 2,2-fache Erdschwerkraft und einen geschätzten 1,5-fachen Erddurchmesser. Informationen, die für mögliche Lebewesen relevant sind: Gliese581 c galt ursprünglich als wahrscheinlicher Kandidat für einen für Leben geeigneten Planeten, da man zunächst von einer Oberflächentemperatur von 0-40 °C ausging. Wenn man jedoch den Treibhauseffekt einer erdähnlichen Atmosphäre miteinberechnet, müsste der Planet eine Oberflächentemperatur von ca. 60-70 °C haben, der Planet würde damit an der innersten Grenze der habitablen Zone liegen.
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Facharbeit zum Thema Leben auf Exoplaneten zum Stern schwankt zwischen 13,5 bis 24 Millionen km. Beides sorgt für Temperaturschwankungen auf Gliese876 c. Die Temperatur auf ... c
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Seminarfacharbeit zum Thema Leben auf Exoplaneten
Welchen Einfluss haben die Bedingungen der gewählten Exoplaneten auf mögliches Leben und wie
könnten sich mögliche Lebewesen daran anpassen? Wie haben sich Lebewesen auf der Erde an
ähnliche Bedingungen angepasst?
Gliese581 c
Allgemeine Informationen:
Der Exoplanet Gliese581 c umkreist seinen Stern in 13 Erdtagen und ist etwa 11 Millionen km von
diesem entfernt. Das Sternsystem von Gliese581 entstand vor etwa 4,3 Milliarden Jahren und ist etwa
20,4 Lichtjahre von der Erde entfernt. Der Stern von Gliese581 c ist ein roter Zwerg mit einem
Durchmesser von etwa 529.000 km, der zu regelmäßigen Röntgenstrahlenausbrüchen neigt.
Der Planet hat ca. 5 Erdmassen, eine 2,2-fache Erdschwerkraft und einen geschätzten 1,5-fachen
Erddurchmesser.
Informationen, die für mögliche Lebewesen relevant sind:
Gliese581 c galt ursprünglich als wahrscheinlicher Kandidat für einen für Leben geeigneten Planeten,
da man zunächst von einer Oberflächentemperatur von 0-40 °C ausging.
Wenn man jedoch den Treibhauseffekt einer erdähnlichen Atmosphäre miteinberechnet, müsste der
Planet eine Oberflächentemperatur von ca. 60-70 °C haben, der Planet würde damit an der innersten
Grenze der habitablen Zone liegen.
Da der Planet allerdings gebunden rotiert und somit eine dauerhafte Tagseite und eine dauerhafte
Nachtseite hat, ist der Kernbereich der Tagseite durch die ständige Lichteinstrahlung für Leben
höchstwahrscheinlich zu heiß. Auf der Rückseite ist es zwar kühler, jedoch könnten mögliche
Lebewesen dort keine Photosynthese betreiben und könnten ihre Energie nur sternunabhängig, zum
Beispiel aus vulkanischer Wärme gewinnen, wie es zum Beispiel an irdischen Tiefseevulkanen der
Fall ist.
Die starken Temperaturunterschiede zwischen Tag- und Nachtseite sorgen für starke, dauerhafte
Stürme. Die auf der Tagseite erhitzte Luft würde in höhere Luftschichten aufsteigen und dort auf die
Nachtseite wehen, wo sie sich dann abkühlt und dadurch wieder herabsinkt, die kalte Luft von der
Nachtseite würde dann in Bodennähe auf die Tagseite wehen.
Der Stern von Gliese581 c hat die Spektralklasse M2,5 und ist damit ein roter Zwerg.
Gliese 581 d
Allgemeine Informationen:
Der Exoplanet Gliese581 d befindet sich ebenfalls im Gliese581-Sternsystem und umkreist den Stern
in 66 Erdtagen.
Gliese581 d hat einen Durchmesser von ca. 22.000 km und besitzt etwa 8 Erdmassen. Auch
Gliese581 d hat wahrscheinlich eine gebundene Rotation.
Informationen, die für mögliche Lebewesen relevant sind:
Es wird vermutet, dass Exoplaneten, die ihren Stern in genügend großem Abstand umkreisen und die
richtige Größe haben, bei ihrer Entstehung besonders viel Wassereis aufnehmen. Aufgrund der
Entfernung von Gliese581 d zum Stern sowie der Größe des Planeten wird vermutet, dass Gliese581
d vollständig von einem hunderte Kilometer tiefen Ozean bedeckt sein könnte.
Gliese581 d würde somit zu einer Art von Planeten gehören, die als Ozeanplaneten bekannt sind und
quasi den Übergang zwischen Gesteinsplaneten und Gasriesen bilden. Solche Planeten existieren in
unserem eigenen Sonnensystem nicht.
Ab einer Tiefe von 60-130 km(je nach Temperatur) ist das Wasser des Ozeans zu Eis gefroren, da
Wasser nicht nur durch niedrige Temperaturen, sondern auch durch extremen Druck gefriert, der
dadurch entstehende Eismantel könnte hunderte oder tausende Kilometer dick sein, in dem Eismantel
würde zudem Konvektion (Wärmefluss) stattfinden.
Da es auf der Erde keinen Ozean gibt, der tief genug ist um Wasser durch Druck gefrieren lassen, ist
nur wenig über das Phänomen bekannt.
Die Atmosphäre von Ozeanplaneten wäre vermutlich viel dichter als die Erdatmosphäre, was zu einem
stärkeren Treibhauseffekt führen würde.
Aufgrund der gebundenen Rotation ist der Ozean auf der kalten Nachtseite wohl von einem Eispanzer
bedeckt.
Die unterschiedlichen Oberflächenwassertemperaturen auf Tag- und Nachtseite würden für starke
Meeresströmungen sorgen, die in Oberflächennähe warmes Wasser von der Tagseite zur Nachtseite
transportieren würden, während kaltes Wasser von der Nachtseite in großer Tiefe zurück auf die
Tagseite fließt.
HD 85512b
Allgemeine Informationen:
HD85512 b umkreist seinen Stern in einer Entfernung von durchschnittlich 39 Millionen km (etwa ein
Viertel des Abstands Erde-Sonne) in 54 Erdtagen. Da die Umlaufbahn allerdings exzentrisch verläuft,
schwankt der Abstand zum Stern um 9 Millionen km, an seiner sternnächsten Stelle ist der Planet nur
etwa 34,5 Millionen km vom Stern entfernt, an der sternfernsten Stelle ist der Planet 43,5 km vom
Stern entfernt.
Der Stern ist ein oranger Hauptreihenstern (K5V) und hat nur 0,126 % der Leuchtkraft der Sonne, hat
eine Oberflächentemperatur von 4710 °K, hat 0,69 So nnenmassen und ist mit einem Durchmesser
von ca. 750.000 km auch nur halb so groß wie die Sonne.
Aufgrund der Nähe zum Stern kann man davon ausgehen, dass HD85512b nur sehr langsam oder
gebunden rotiert (auch die sonnennächsten Planeten Merkur und Venus rotieren nur sehr langsam),
was bedeuten würde, dass der Planet seinem Stern immer dieselbe Seite zuwendet, während die
andere Seite immer dunkel bleibt. HD85512 b hat etwa 3,6 Erdmassen, was eine 40 % höhere
Schwerkraft als auf der Erde bewirkt.
Informationen, die für mögliche Lebewesen relevant sind:
Der Exoplanet HD85512 b befindet sich am inneren Rand der habitablen Zone seines Sterns. HD
85512b könnte bewohnbar sein, unter der Annahme, dass eine erdähnliche Gasmischung aus
Wasserdampf, Kohlendioxid und Stickstoff in der Atmosphäre vorliegt, und der Planet außerdem eine
durchschnittliche Bewölkung von etwas mehr als 50 Prozent aufweist.
Bei diesem Szenario hätte der Planet eine durchschnittliche Oberflächentemperatur von ca. 25°C.
Da die tatsächliche Wolkenbedeckung allerdings nicht bekannt ist, könnte die Wolkenbedeckung und
damit auch die Temperatur höher oder niedriger sein.
Falls der Planet allerdings eine dichtere Atmosphäre hat (Was bei Planeten dieser Größe nicht
unwahrscheinlich ist), so könnte die Temperatur aufgrund des Treibhauseffekts auch deutlich höher
sein. Da der Planet jedoch vermutlich gebunden oder sehr langsam rotiert, könnte es auch bei einem
stärkeren Treibhauseffekt noch eine Zone im Übergangsbereich zwischen Tag- und Nachtseite geben,
in der die richtigen Temperaturen für Leben herrschen.
Da der Planet jedoch, wie oben bereits genauer beschrieben, eine exzentrische Umlaufbahn hat, gibt
es Temperaturschwankungen innerhalb der Umlaufzeit von 56 Tagen.
Geht man davon aus, dass der Planet gebunden oder sehr langsam rotiert, so würden durch die
Temperaturunterschiede von Tag- und Nachtseite starke Stürme entstehen. Diese wären auf der
Tagseite besonders stark.
Kometen würden HD85512 b aufgrund des geringen Abstands zum Stern öfter treffen als die Erde, da
der Stern durch seine starke Gravitation viele Kometen anzieht.
Spektralklasse
HD85512 ist ein K5V-Stern.
K-Sterne sind orange, unsere Sonne gehört zu den gelben G-Sternen.
Mit den Zahlen von 0-9 erfolgt eine genauere Einteilung in die Spektralfarben, HD85512 befindet sich
mit 5 somit in der Mitte des K-Spektrums.
Mit den römischen Zahlen von I bis VII wird die Leuchtkraftklasse angegeben, also die Helligkeit des
Sterns. HD85512 hat mit V eine ähnliche Leuchtkraft wie die Sonne.
Lichtspektrum eines ähnlichen K5-Sterns:
Gliese 876 c
Allgemeine Informationen:
Der Gasriese Gliese876 c um kreist seinen Stern Gliese876 in etwa 30 Erdtagen.
Der Stern von Gliese876 c hat einen Radius von etwa 500.000 km, 0,33 Sonnenmassen und ist ein
roter Zwerg.
Das Gliese876-System ist nur 15 Lichtjahre von der Erde entfernt und ist damit eines der nächsten
bekannten Sternsysteme mit einem Planeten in der habitablen Zone.
Der Planet hat einen Durchmesser von 132.000 km und ist damit nur geringfügig kleiner als der
Jupiter. Die Masse des Planeten beträgt 196,8 Erdmassen.
Informationen, die für mögliche Lebewesen relevant sind:
Der zweite große Gasplanet Gliese876 b verursacht durch seinen Gravitationseinfluss
Bahnschwankungen bei Gliese876 c, zudem hat Gliese876 c eine exzentrische Umlaufbahn; der
Abstand zum Stern schwankt zwischen 13,5 bis 24 Millionen km. Beides sorgt für
Temperaturschwankungen auf Gliese876 c.
Die Temperatur auf Gliese876 c schwankt zwischen 20°C bis -50 C°. Da es sich aber um einen
Gasplaneten handelt, nimmt der atmosphärische Druck zusammen mit der Temperatur zum Kern hin
zu, dadurch werden die Temperaturschwankungen verringert, da der Treibhauseffekt der nach innen
hin dichteren Atmosphäre diese ausgleicht.
Wie auf allen Gasplaneten ist Sauerstoff nicht in direkter Form auf Gliese876 c vorhanden, allerdings
vermutlich gebunden in Form von Wasser, da Sauerstoff auf Gasplaneten früher oder später mit dem
Wasserstoff in der Atmosphäre zu Wasser verbrennt, so ist die Existenz von Wasser auf Gasriesen ist
in unserem Sonnensystem von Uranus und Neptun bekannt.
Anpassungen möglicher Lebewesen an die Bedingungen auf Gliese 581
c und HD 85512 b
Hohe Temperatur durch den Treibhauseffekt einer erd ähnlichen Atmosphäre
Da die Temperatur auf der Nachtseite von Gliese581 c kälter als die Durchschnittstemperatur von 60-
70 °C ist, müsste es im Übergangsbereich zwischen Tag-und Nachtseite einen Bereich mit
gemäßigten Temperaturen geben.
Aufgrund der starken Temperaturunterschiede zwischen Tag-und Nachtseite weht in Bodennähe
ständig kalter Wind von der Nachtseite auf die Tagseite, wodurch zumindest der Übergangsbereich
etwas gekühlt werden würde.
Extreme Hitze auf der Tagseite
Höheres Leben ist auf Gliese 581 c vermutlich nur im Übergangsbereich zwischen Tag- und
Nachtseite möglich.
Auf der Tagseite sind, wenn überhaupt, vermutlich nur primitive, einzellige Lebewesen möglich (Auch
in heißen vulkanischen Quellen auf der Erde vorhanden), im Kernbereich der Tagseite beträgt die
Temperatur höchstwahrscheinlich mehr als 100 °C , w odurch dort wohl gar kein Leben möglich ist..
Kein Sonnenlicht auf der Nachtseite
Falls sich auf der Nachtseite Lebewesen entwickeln, so könnten diese keine Photosynthese betreiben
und müssten ihre Energie daher sternunabhängig aus vulkanischer Wärme gewinnen. Auch auf der
Erde sind Ökosysteme in der Tiefsee bekannt, die sich in völliger Dunkelheit befinden und ihre Energie
aus vulkanischer Wärme gewinnen.
Aufgrund der in Bodennähe von der Nachtseite auf die Tagseite wehenden Stürme ist eine
Energieversorgung der Nachtseite über Biomasse von der Tagseite nicht möglich.
Stärkere Schwerkraft
Pflanzenartige Lebewesen würden wesentlich niedriger wachsen als auf der Erde, da das Wasser in
Pflanzen nur in eine begrenzte Höhe transportiert werden kann, wodurch das Höhenwachstum von
Pflanzen begrenzt ist. Auf der Erde liegt diese Grenze bei etwa 130 m, auf Gliese 581 c und HD85512
b wären diese Grenzen jedoch wesentlich tiefer.
Tiere auf Gliese 581 c und HD85512 b müssten kleiner und kräftiger gebaut sein und müssten
kürzere, kräftigere Beine entwickeln, lange Hälse oder andere schwere, lange Körperteile wären nicht
möglich.
Starke Stürme
Um den ständigen starken Stürmen zu trotzen, müssten Pflanzen niedrig, flach, langsam und stark
verholzt wachsen. Diese Anpassung ist auch auf der Erde bekannt, so gibt es in stürmischen
Gebirgsregionen oft sehr klein, flach, und langsam wachsende Pflanzen, welche in eine Richtung
geneigt sind, wenn der Wind oft aus derselben Richtung weht.
Die Verbreitung der Pflanzen über leichte Samen oder Sporen sowie Befruchtung über Pollen wäre
erschwert, da der Wind diese auf die Tagseite tragen würde wo es vermutlich zu heiß ist, Alternativen
wären: Vegetative Vermehrung über oberirdische oder unterirdische Ableger, schwere, große Samen,
Samenverbeitung über Tiere.
Tiere müssten einen sehr gedrungenen, stromlinienförmigen Körper haben, um einen geringeren
Luftwiderstand zu haben.
Bei HD85512 b: Abstandsschwankungen von 9 Millionen km in 56 Tagen und damit
einhergehende Temperaturschwankungen
Mögliche Lebewesen auf HD85512 b könnten sich vermutlich ähnlich an starke
Temperaturschwankungen anpassen wie Lebewesen auf der Erde sich an die jahreszeitlichen
Temperaturschwankungen angepasst haben (Beispielsweise haben Kaiserpinguine haben sich an
Temperaturschwankungen von 0 bis -80 °C angepasst).
Pflanzenartige Lebewesen könnten ähnlich wie irdische Pflanzen ihre Blätter abwerfen oder die
meisten Stoffwechselprozesse einstellen. Ebenso könnten sie sich in unterirdische Speicherorgane
zurückziehen, wie es bei vielen Knollen- oder Zwiebelpflanzen der Fall ist. Tiere könnten sich durch
Winterschlaf, Winterstarre, vorübergehenden unterirdischen Aufenthalt oder vorübergehenden
Kälteschutz durch Fell oder andere isolierende Strukturen schützen.
Vor Hitze könnten sich Pflanzen ähnlich schützen wie vor Kälte: Durch Abwurf der Blätter oder
Rückzug in unterirdische Speicherorgane.
Anderes Lichtspektrum des Sterns, weniger Licht
Auf Planeten, die um rote M-Sterne (Zu denen Gliese581 gehört) kreisen, müssten Pflanzen hingegen
sämtliche verfügbare Lichtspektren nutzen, um noch genug Licht zu bekommen, dazu müssten die
Pflanzen komplett schwarz sein, um alle Lichtspektren aufnehmen zu können.
Pflanzen auf Gliese581 c wären komplett schwarz
Auf HD85512 b wären Pflanzen vermutlich ähnlich wie auf der Erde gefärbt, da Hd85512 als oranger
K-Stern ein ähnliches Lichtspektrum wie die Sonne hat.
Anpassungen möglicher Lebewesen an die Bedingungen auf Gliese581 d
Planet komplett mit tiefen Ozeanen bedeckt, Landmas se nicht erreichbar aufgrund der
Eisschicht in 60-130 km Tiefe
Da der Meeresboden nicht erreichbar ist, müssten Lebewesen sich frei schwimmend entwickeln.
In extremer Tiefe ist vermutlich kein Leben mehr möglich.
Gebundene Rotation
Da kein Licht auf die Nachtseite gelangt und es dort keine vulkanische Wärme geben kann, wäre die
einzige denkbare Energiequelle für Lebewesen auf der Nachtseite Biomasse von der Tagseite, welche
durch Meeresströmungen auf die Nachtseite getrieben wird.
Eispanzer auf der Nachtseite
Da sowieso kein Licht auf die Nachtseite gelangt, dürfte der Eispanzer die Lebewesen auf der
Nachtseite kaum beeinträchtigen.
Starke Stürme, bedingt durch gebundene Rotation
Lebewesen im Wasser würden durch starke Stürme kaum beeinträchtigt werden.
Regelmäßige Strahlenausbrüche des Sterns
Lebewesen im Wasser würden dadurch weniger beeinträchtigt werden, da das Wasser sie vor der
Strahlung weitgehend schützt.
Anderes Lichtspektrum des Sterns
Ebenso wie auf Gliese581 c müssten auch Pflanzen auf Gliese581 d schwarz sein, um das Licht von
Gliese581 optimal nutzen zu können.
Anpassungen möglicher Lebewesen an die Bedingungen auf Gliese876 c
Keine feste Oberfläche
Da es im Inneren eines Gasriesen extrem lebensfeindlich aufgrund des hohen atmosphärischen
Drucks und der daraus resultierenden hohen Temperaturen ist, müssten sich mögliche Lebewesen auf
Gasriesen in einer bestimmten Höhe halten, in der Temperatur und Druck für Leben geeignet sind.
Dazu müssten sie ihre Höhe regulieren können.
Um sich überhaupt in einer bestimmten Höhe zu halten, müssten sie mit leichten Gasen gefüllte
Organe besitzen, die ihnen Auftrieb verleihen. Da die Atmosphäre eines Gasriesen jedoch selbst aus
den leichtesten Gasen (Wasserstoff und Helium) bestehen, müssten die Auftriebsorgane möglicher
Lebewesen komplett mit reinem Wasserstoff gefüllt sein, um leichter als das umgebende Helium-
Wasserstoff-Gemisch sein.
Es gäbe aber zumindest für höherentwickelte, tierartige Lebewesen auch die Möglichkeit, dauerhaft zu
fliegen oder sich auf anderen, schwebenden Lebewesen anzusiedeln.
Der Astrobiologe Carl Sagan hat eine Theorie zu Ökosystemen auf Gasplaneten entwickelt, die
besagt, dass ein Ökosystem auf Gasriesen aus „sinkers“, „floaters“ und „hunters“ bestehen würde.
Demnach würde es in den oberen Atmosphärenschichten „sinkers“, planktonähnliche,
photosynthesebetreibende Lebewesen, geben. Diese würden in die unteren Atmosphärenschichten
sinken und dort „floaters“ ernähren, welche die ,,sinkers“ aus der Luft filtern würden. Die „floaters“
würden wiederum von „hunters“ gefressen werden. Ähnliche Ökosysteme sind auch von der Erde
bekannt, in den Ozeanen gibt es Plankton, welches in tiefere Regionen absinkt und dort ein eigenes
Ökosystem ernährt.
Extreme Stürme, große Sturmsysteme
Auf Gasriesen können sich gigantische Sturmsysteme entwickeln, die zum Teil
Überschallgeschwindigkeit erreichen können und gigantische Ausmaße annehmen können.
Da Lebewesen auf Gasriesen nicht festgewachsen sind, würden sie durch Stürme weniger Schaden
nehmen als irdische Lebewesen. Mögliche Lebewesen auf Gasplaneten würden einfach weggeweht
werden, ohne größeren Schaden nehmen.
Anderes Lichtspektrum
Da auch Gliese876 ein roter Zwerg ist, wären auch photosynthesebetreibende Lebewesen auf
Gliese876 c wohl größtenteils schwarz, wie bei Gliese581 bereits näher erläutert.
Andere Atmosphärenzusammensetzung
Da Sauerstoff auf Gasriesen nicht direkt vorhanden ist, könnten mögliche Lebewesen ähnlich wie
irdische Methanbildnerbakterien in der Tiefsee Methanogenese betreiben, für welche kein Sauerstoff,
sondern nur Kohlendioxid und Wasserstoff benötigt wird. Wasserstoff ist in genügender Menge
vorhanden, Kohlendioxid wurde ebenfalls bereits auf zwei extrasolaren Gasriesen (HD 189733b, HD
209458b) mittels Spektralanalyse nachgewiesen.
Experiment zum außerirdischen Ökosystem auf HD 8551 2 b
Das folgenden Experiment soll dazu dienen, einige der Bedingungen auf HD85512 b in begrenztem
Rahmen an irdischen Lebensformen zu simulieren. Dazu wird ein abgeschlossenes, autarkes
Ökosystem in einem Terrarium geschaffen in dem zwei Bedingungen (Orangenes Licht und
gebundene Rotation) an irdischen Lebewesen simuliert werden. Untersucht werden die Reaktionen
der Lebewesen auf die Parameter von HD85512 b, um daraus Rückschlüsse zu ziehen ob die
Bedingungen auf HD85512 B ähnliche Anpassungen erfordern wie die Bedingungen auf der Erde.
Außerdem soll untersucht werden, inwieweit sich ein einfaches abgeschlossenes Ökosystem erhalten
kann.
Die folgenden Parameter wurden simuliert:
Gebundene Rotation
Da HD85512 b höchstwahrscheinlich wie viele andere bisher entdeckte Exoplaneten auch gebunden
rotiert, wird die dauerhafte Bestrahlung einer Seite des Planeten simuliert, indem das Licht dauerhaft
angeschaltet bleibt.
Anderes Lichtspektrum des Sterns
HD85512 gehört zu den orangen K-Sternen, genauergesagt zu den K5V-Sternen. Das andere
Lichtspektrum soll durch entsprechende Leuchtstoffröhren simuliert werden, die ein ähnliches
Lichtspektrum besitzen. Damit soll untersucht werden, ob photosynthesebetreibende Organismen auf
HD85512 B ähnlich wie irdische Pflanzen grün sein müssten, um das Lichtspektrum des Sterns