Schwierige Bedingungen für Leben auf Super-Erden
Schwere Geschwister unseres Planeten scheinen geologisch ungünstige Voraussetzungen für eine lebensfreundliche Atmosphäre zu bieten.
Als Super-Erden bezeichnet man Planeten mit einer Masse zwischen der Erdmasse und der Masse kleinerer Gasriesen wie Uranus oder Neptun, also Exoplaneten mit höchstens der 15-fachen Erdmasse. Da die Obergrenze wahrscheinlich schon eher in den Bereich der Gasriesen fällt, vermutet man möglicherweise lebensfreundliche Gesteinsplaneten bei Massen bis hin zur zehnfachen Erdmasse. Für die Existenz von Leben ist eine wasserhaltige Atmosphäre eine wichtige Voraussetzung, weshalb nicht nur der Abstand vom Zentralgestirn und damit die Oberflächentemperatur ein entscheidender Faktor ist. Auch geologische Parameter wie innerer Aufbau, Wärmekonvektion und -konduktivität, Magnetfeld und Plattentektonik spielen eine Rolle dabei, ob ein Planet eine Atmosphäre ausbilden und unterhalten kann, um langfristig lebensfreundliche Bedingungen zu bieten.
Abb.: So könnten die drei Super-Erden aussehen, die mit dem HARPS-Spektrographen des 3,6-Meter-Teleskops auf La Silla, Chile, entdeckt wurden. Ihre Massen sind 4,2-, 6,7- und 9,4fach größer als die der Erde; sie umkreisen den Stern HD 40307 in Perioden von nur 4 bis 20 Tagen. (Bild: ESO)
Wie Vlada Stamenkovi vom MIT (vormals DLR) auf dem European Planetary Science Congress berichtete, sind gerade bei den schwereren Gesteinsplaneten um die zehn Erdenmassen die Voraussetzungen dafür weniger günstig als bei leichteren Planeten. Dies hängt zusammen mit der zunehmenden Viskosität typischer Gesteinsarten unter den hohen Drücken im Planeteninnern. Nach ihren Simulationen führt dies zu einer schlechteren Konvektion beim Wärmetransport, sodass die Wärme aus dem Planeteninnern hauptsächlich durch den wesentlich langsameren Prozess der Wärmeleitung nach außen abgeführt werden kann.
Außerdem bildet sich über dem inneren Kern eine Inversionskappe, die den Wärmetransport weiter behindert. Der gemeinsame Effekt dieser Prozesse ist, dass bei schwereren Planeten sich gerade keine komplexe Schalenstruktur wie auf der Erde ausbilden kann, bei der von innen nach außen sich der innere und äußere Kern, dann der untere und obere Mantel sowie die Kruste befinden. Stattdessen sind Supererden weniger strukturiert, was sich in entscheidenden geologischen Parametern niederschlägt.
Einerseits könnte die mangelnde Struktur dazu führen, dass Supererden nur ein schwaches oder gar kein Magnetfeld erzeugen können. Auf der Erde schützt das Magnetfeld wahrscheinlich die Atmosphäre vor dem Sonnenwind, der sonst Stück für Stück die oberen Luftschichten wegreißen und damit die Atmosphäre zunehmend ausdünnen könnte.
Auf der anderen Seite fehlen bei mangelnder Konvektion die Plattentektonik und Vulkanismus, die wichtig sind für den Ausstoß und das Recycling lebenswichtiger Mineralien. Bei zunehmenden Planetenmassen verkürzt sich die Phase deutlich, in der durch starken Vulkanismus die entsprechenden Gase in die Atmosphäre freigesetzt werden. Die thermische Entwicklung schwerer Planeten besitzt nach diesen Simulationen aber noch einige Fragezeichen, über die erst künftige Spektralaufnahmen von Exoplaneten Aufschluss geben können.
Dirk Eidemüller
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