Auf unserem Planeten avancierte es zum Lebenselixier: Flüssiges Wasser ist die Voraussetzung für die Existenz aller irdischen Organismen und man geht davon aus, dass ihre Entwicklungsgeschichte in den Ozeanen begann. Diese Bedeutung prägt deshalb auch das Forschungsfeld der Astrobiologie: Bei der Suche nach extraterrestrischem Leben spielt die Frage nach dem Potenzial für flüssiges Wasser auf fernen Himmelskörpern eine wichtige Rolle. Deshalb stehen besonders die Exoplaneten im Visier der Astronomen, die unserem Planeten ähneln. „Einer der Gründe, warum Wasser auf der Erde flüssig sein kann, ist dabei die Atmosphäre“, sagt Co-Autorin Ravit Helled von der Universität Zürich. „Mit ihrem natürlichen Treibhauseffekt fängt sie genau die richtige Menge an Wärme ein, um die notwendigen Bedingungen für Ozeane, Flüsse und Regen zu schaffen“, erklärt die Wissenschaftlerin.
Der Treibhauseffekt beruht dabei vor allem auf Gasen wie Kohlendioxid oder Methan, wie aus der menschlich verursachten Zunahme dieser Substanzen in der Atmosphäre allgemein bekannt ist. Doch viele Exoplaneten könnten andere atmosphärische Zusammensetzungen besitzen und auch die Erde hat in ihrer Frühzeit noch nicht ihre heutige Gashülle besessen. „Als sich unser Planet aus kosmischem Gas und Staub gebildet hat, sammelte er eine Atmosphäre an, die hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium bestand – eine so genannte Uratmosphäre“, erklärt Helled. Im Laufe ihrer Entwicklung verlor die Erde jedoch diese ursprüngliche Atmosphäre und entwickelte eine neue, die einen optimalen Treibhauseffekt für die Existenz von flüssigem Wasser an der Oberfläche ermöglichte.
Exotische Treibhaus-Bedingungen im Visier
Im Rahmen ihrer Studie sind Helled und ihre Kollegen nun der Frage nachgegangen, inwieweit massereichere Gesteinsplaneten – sogenannte Supererden – besonders umfangreiche Uratmosphären angesammelt haben könnten, die ihnen erhalten blieben und für milde Bedingungen sorgten. „Auch solche massiven Uratmosphären könnten einen Treibhauseffekt hervorrufen – ähnlich wie die heutige Erdatmosphäre. Wir wollten deshalb herausfinden, ob diese Atmosphären die notwendigen Bedingungen für flüssiges Wasser schaffen können“, sagt Helled. Dabei stand auch ein weiterer wichtiger Faktor im Fokus: Die mögliche Existenzzeit solcher Bedingungen, die für das Entwicklungspotenzial von Leben wichtig erscheint.
Um ihren Forschungsfragen nachzugehen, simulierten die Forscher die Entwicklung von vielen Planeten in unterschiedlichen Konfigurationen und Merkmalskombinationen über Milliarden von Jahren hinweg. Dabei berücksichtigten sie neben den Eigenschaften der Planetenatmosphären auch die Intensität der Strahlung, die sie von ihren Sternen erhalten. Ein weiterer Faktor war die innere Wärme, die Planeten nach außen abgeben können. Denn während diese geothermische Energie für die Bedingungen auf der Erdoberfläche nur eine geringe Rolle spielt, könnte sie auf Planeten mit massiven Uratmosphären einen erheblichen Beitrag zur Erwärmung leisten, erklären die Wissenschaftler.
