gov-civil-vilareal.ptWie viele bewohnbare Planeten kann ein Stern haben? Es stellt sich heraus, ungefähr 6.
>Wie viele bewohnbare Planeten können einen einzelnen Stern umkreisen?
In unserem Sonnensystem ist eigentlich nur ein Planet im engeren Sinne bewohnbar: die Erde. Der Mars ist zu kalt, die Luft zu dünn und die Venus genau das Gegenteil.
Aber… das ist Zufall. Wenn Sie die Positionen von Mars und Venus vertauschen und vielleicht einen erheblichen Teil der Atmosphäre der Venus vertauschen würden, wären ihre Temperaturen viel besser für uns geeignet*. Das liegt daran, dass beide in unserer Sonne sind bewohnbare Zone , der Entfernungsbereich von unserem Stern, in dem flüssiges Wasser auf der Oberfläche eines Planeten existieren könnte.
Die Idee einer bewohnbaren Zone ist ein bisschen matschig, da flüssiges Wasser von einer Liste anderer Dinge abhängt, einschließlich der Existenz einer Atmosphäre, was darin enthalten ist und mehr. Aber es ist ein nützliches Konzept, solange man es nicht zu genau betrachtet†.
Technisch gesehen umkreisen also drei Planeten die Sonne in ihrer bewohnbaren Zone. Aber wie viele könnten passt du da rein?
Kunstwerk, das das Planetensystem TRAPPIST-1 zeigt, sieben erdgroße Planeten, die einen kühlen Roten Zwerg umkreisen. Kredit: NASA/JPL-Caltech
Bei einer bestimmten Zahl würden Sie ein Limit erreichen. Die endliche Region des Weltraums bedeutet, dass die Planeten zu nahe beieinander kämen. Sie würden gravitativ interagieren, und himmlische Hijinks würden folgen: Sie würden Chaos erzeugen, und einige Planeten würden ihre Umlaufbahn durcheinander bringen, sie in die Sonne fallen lassen oder sie vollständig aus dem System werfen.
Außerdem hängt die bewohnbare Zone eines Sterns davon ab, wie heiß es ist. Wenn Sie nachrechnen, werden Sie feststellen, dass ein cooler roter Zwerg einen kleinen, schmalen hat, während ein massiver blauer Stern eine riesige bewohnbare Zone hat, die sich weit ausdehnt.
Sollten wir also, wenn wir zu anderen Sternen blicken, damit rechnen, Systeme wie unseres zu sehen, mit wenigen Planeten in der bewohnbaren Zone, oder können dort mehr eingeschlossen sein?
Ein Team von Astronomen hat sich das angeschaut , mit Software, die die Schwerkraft und Bewegung eines Planetensystems im Zeitverlauf berechnet, um die Stabilität zu überprüfen. Für eine gegebene Sternmasse berechneten sie die Größe der bewohnbaren Zone, platzierten dann einen Planeten mit Erdmasse am Innenrand der Zone, einen anderen am Außenrand und fügten dann gleichmäßigere Abstände zwischen den beiden hinzu. Für jede Art von Stern ließen sie die Simulation für insgesamt 5, 6 und 7 Planeten laufen und ließen die Simulation für 100 Millionen Umlaufbahnen des inneren Planeten laufen, um die Dinge lange zu spielen.
Was sie gefunden haben, ist ziemlich cool . Für Sterne mit sehr geringer Masse, sagen wir das 0,1-fache der Sonnenmasse, ist kein System stabil. Die bewohnbare Zone ist zu eng, sodass die Planeten immer interagiert haben. Sobald man jedoch Sterne mit der 0,2-fachen Sonnenmasse erreicht hat (immer noch ziemlich niedrig, wir sprechen hier also von roten Zwergen), hat sich die Zone so weit erweitert, dass jeden 5-Planeten-System war stabil. Für Sterne mit der etwa 0,7-fachen Sonnenmasse schneiden 6-Planeten-Systeme auch ziemlich gut ab.
Hatsune Miku: Project Diva Future Tone
Kunstwerk, das einen Stern mit mehreren Planeten darstellt, die ihn umkreisen. Kredit: NASA/JPL-Caltech/R. Verletzt (IPAC)
Für einige enge Massenbereiche von Sternen werden auch 7-Planeten-Systeme stabil. Man könnte meinen, dass ein massereicherer Stern eine größere bewohnbare Zone bedeutet, sodass mehr Planeten hineinpassen würden, aber in diesem Schraubenschlüssel steckt ein Affe: Resonanzen . Wenn ein oder mehrere Planeten Umlaufperioden haben, die einfache Bruchteile voneinander sind, wie 2:1 oder 5:4, ziehen sie periodisch aneinander, wodurch Umlaufenergie hinzugefügt oder entfernt wird. Es ist, als würde man bei einer Schaukel zum richtigen Zeitpunkt mit den Beinen treten und Ihre Bewegung verstärken.
In diesem Fall können Resonanzen jedoch für ein System zum Verhängnis werden. Für bestimmte bewohnbare Zonen und Sternmassen befinden sich die Planeten in einer Resonanz, und die Umlaufbahnen werden instabil. Aus diesem Grund kann ein Stern mit geringerer Masse möglicherweise mehr Planeten halten als ein Stern mit höherer Masse. Für den kleineren Stern gibt es in der bewohnbaren Zone möglicherweise keine Resonanzen, für den größeren jedoch.
Es gibt noch ein weiteres Problem, und es ist buchstäblich ein großes: Riesenplaneten, die außerhalb der bewohnbaren Zone kreisen. Sie beeinflussen innere Planeten und können noch mehr Instabilitäten erzeugen, was es schwieriger macht, die bewohnbare Zone eines Sterns mit erdgroßen Planeten zu füllen. Wenn einem Stern diese riesigen Planeten fehlen, ist alles gut, aber wenn er einen oder mehrere hat – wie bei uns – das kann die Zahl der stabilen Umlaufbahnen der planetaren habitablen Zone ernsthaft verringern.
Es gibt auch subtilere Dinge, auf die man achten sollte. Wenn ein Stern altert, wird er heißer, sodass sich seine bewohnbare Zone nach außen bewegt. Ein Planet, der am inneren Rand der bewohnbaren Zone eines Sterns kreist, könnte nach einigen Milliarden Jahren unangenehm warm werden.
Außerdem betrachteten sie keine Planeten mit geringerer Masse (wie zum Beispiel den Mars) oder Planeten auf elliptischen Bahnen. Ein leichtes Neigen der Umlaufbahnen kann auch verhindern, dass Resonanzen die Dinge durcheinander bringen. Hier ist eindeutig Platz für viele weitere Simulationen.
Das Planetensystem TRAPPIST-1 (Mitte) passt vollständig in die Umlaufbahn des Merkur (unten), dennoch befinden sich drei Planeten in der bewohnbaren Zone ihres kühlen Sterns. Zum Vergleich sind auch die vier großen Monde des Jupiter maßstabsgetreu (oben) dargestellt. Kredit: NASA/JPL-Caltech
Es wird jedoch noch eine Weile dauern, bis diese Vorhersage im realen Universum überprüft werden kann. Es ist selten zu finden, dass viele Planeten um einen Stern herum vorhanden sind ( TRAPPIST-1 ist bisher eine der wenigen Ausnahmen ) und es wird schwieriger für massereichere Sterne, bei denen die Planeten weiter vom Stern entfernt sind; unsere besten Detektionsmethoden funktionieren gut für nähere Planeten .
Aber was für eine Sache zu lernen! Werden wir Systeme mit 5 Planeten in ihrer bewohnbaren Zone finden? Und wenn ja, wie viele werden tatsächlich bewohnbar sein?
Das Universum ist ein ziemlich cooler Ort und liebt die Vielfalt. Wenn ich wetten müsste, würde ich sagen, dass es solche Systeme gibt. Selten, aber da draußen. Wie lange wird es dauern, bis wir einen finden?
* Wir müssten ihnen immer noch Sauerstoff geben und wahrscheinlich das CO2 durch Stickstoff ersetzen, aber gehen Sie mit mir hier.
† Ebenfalls, es ist möglich, in eisigen Monden um Gasriesen unter der Oberfläche Ozeane zu haben , also ist das Konzept der bewohnbaren Zone wieder etwas eingeschränkt. Es ist eher ein guter Anfang als das A und O, nach milden Orten im Universum zu suchen.
