Facharbeit zum Thema Leben auf Exoplaneten

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 erdähnlichen Atmosphäre
Da die Temperatur auf der Nachtseite von Gliese581 c kälter als die Durchschnittstemperatur von 6070 °C ist, müsste es im Übergangsbereich zwischen T ag-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, Landmasse 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 HeliumWasserstoff-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“
Demnach
würde
es
in
den
oberen
Atmosphärenschichten
und „hunters“ bestehen würde.
„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
Überschallgeschwindigkeit erreichen können und gigantische Ausmaße annehmen können.
zum
Teil
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 85512 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
optimal nutzen zu können.
Material:
Terrarium, Holzkohle ,Aussaaterde, Kieselsteine, Blähton, Sand, Leuchtstoffröhren, Zeitschaltuhren,
Heizdecke, Thermometer, Steine, Wurzel
Pflanzen
Efeutute (Epipremnum aureum)
Grünlilie(Chlorophytum comosum)
Zyperngras (Cyperus)
Sonnentau (Drosera Aliciae)
Tiere
Eingesetzte Tiere:
Indische Stabschrecke (Carausius morosus)
Gemeiner Regenwurm(Lumbricus terrestris)
Gefundene Tiere:
Kellerassel (Porcellio scaber)
Schwarze Wegameise (Lasius niger)
Schneider (Phalangiidae)
Schnegel (Limacidae)
Versuchsprotokoll
21.12.2011
-Verschluss des Terrariums
-Das Licht wird dauerhaft angelassen
11.1.2012
-Temperatur: 18 °C
-Zustand der Pflanzen: Zyperngras stark abgefressen, sonstige Pflanzen haben kaum
Fraßspuren und sehen gesund aus
-Sichtbare Anzahl lebender Stabheuschrecken: 2
-Erhöhung der Heizdauer von ¼ pro Stunde auf ½ pro Stunde
-Sonstiges: Schimmelbildung auf toter Heuschrecke im Wasser, Algenbildung an der
Glasscheibe, Kellerasseln und Ameise entdeckt
18.1.2012
-Temperatur: 20 °C
-Zustand der Pflanzen: Geringe Fraßspuren an Grünlilie und Efeutute, der Sonnentau ist
fast komplett abgefressen, Grünlilie deutlich gewachsen
-Sichtbare Anzahl lebender Stabheuschrecken: 1
-Erhöhung der Heizdauer von ½ pro Stunde auf ¾ pro Stunde
-Sonstiges: Weberknecht entdeckt
25.1.2012
-Temperatur: 20 °C
-Zustand der Pflanzen: Deutliche Fraßspuren an der Efeutute, der Sonnentau bekommt
neue Austriebe, ein paar Grünlilien ausgegraben, Grünlilien deutlich gewachsen
-Sichtbare Anzahl lebender Stabheuschrecken: 0
-Erhöhung der Heizdauer von ¾ pro Stunde auf Dauerbetrieb
-Sonstiges: Nacktschnecke entdeckt
1.2.2012
-Temperatur: 20 °C
-Zustand der Pflanzen: Zyperngras wächst, ansonsten kaum Veränderung
-Sichtbare Anzahl lebender Stabheuschrecken: 0
8.2.2012
-Temperatur: 17-18 °C
-Zustand der Pflanzen: Efeutute bekommt gelbe Blätter, ansonsten kaum Veränderung
-Sichtbare Anzahl lebender Stabheuschrecken: 0
29.2.2012
-Temperatur: 20°C
-Zustand der Pflanzen: Pflanzen deutlich gewachsen, Sonnentau wächst wieder nach.
14.3.2012
-Temperatur: 20°C
-Zustand der Pflanzen: Sonnentau fast tot, Efeutute komplett ohne Blätter, Grünlilien
wachsen und sehen gesund aus
-Terrarium geöffnet, Heuschreckeneier eingesetzt
20.6.2012
-Temperatur: 20°C
-fast kein Wasserspiegel mehr vorhanden
-kleine Stabheuschrecke entdeckt
-Terrarium geöffnet, Heuschreckeneier eingesetzt, Wasser nachgefüllt
27.6.2012
-Temperatur: 20 °C
-zwei tote Jungtiere (Heuschrecken) im Wasser entdeckt
-Behälter mit Heuschreckeneiern liegt umgekippt im Terrarium
-starke Schimmelbildung an toten Grünlilienblättern
Auswertung und Deutung
Gebundene Rotation
Die Pflanzen haben ihren Biorhythmus ohne Probleme an das dauerhafte Licht anpassen können und
sahen auch nach einiger Zeit noch gesund aus und sind auch gewachsen.
Die Heuschrecken hingegen konnten sich offenbar schlechter an die dauerhafte Beleuchtung
anpassen. Die dauerhafte Beleuchtung könnte den Biorhythmus der Heuschrecken gestört haben, und
damit auch für den Tod der Heuschrecken gesorgt haben, jedoch könnte es auch andere
Todesursachen geben. Ob die Heuschrecken aufgrund der dauerhaften Beleuchtung gestorben sind,
lässt sich nicht feststellen.
Es hat sich somit gezeigt, dass zumindest Pflanzen sich an gebundene Rotation anpassen können,
während Tiere auf HD85512 b einen anderen Biorhythmus als irdische Tiere
(Heuschrecken)entwickeln müssten, um sich an gebundene Rotation anpassen zu können.
Anderes Lichtspektrum
Die Pflanzen kamen problemlos mit dem anderen Lichtspektrum zurecht. Sie wuchsen und sahen
gesund aus, was zeigt, dass irdische Pflanzen mit orangem Licht, wie es auf HD85512 B vorzufinden
ist, ebenso zurechtkommen wie mit dem gelben Licht der Sonne. Dies deutet darauf hin, dass
photosynthesebetreibende Lebewesen auf HD85512 B vermutlich ähnich wie irdische Pflanzen grün
wären, da sie mit grüner Farbe das Lichtspektrom des orangenen Lichts gut nutzen können. Ob grüne
Farbe allerdings optimal für Pflanzen auf HD85512 b ist, lässt sich nicht feststellen, da es auch eine
für Pflanzen noch besser geeignete Farbe geben könnte. Dennoch ist es wahrscheinlich, dass
Pflanzen sich grün entwickeln würden, da das orange Licht sich im Lichtspektrum direkt neben dem
gelben Licht befindet, was auf ähnliche Farben der Pflanzen hindeutet.
Allgemeine Entwicklung
Die Einrichtung eines abgeschlossenen Ökosystems hat funktioniert, es hat sich ein vollständiger
Stoff- und Energiekreislauf eingestellt. Jedoch sind die Heuschrecken schon nach verhältnismäßig
kurzer Zeit gestorben, was verschiedene Ursachen haben könnte: es könnte an falschen
Luftfeuchtigkeitswerten oder zu geringen Temperaturen gelegen haben. Ebenso könnte die Population
für des Terrarium zu groß gewesen sein. Es könnte auch mit den simulierten Parametern zu tun
haben, was aber eher unwahrscheinlich ist. Die Regenwürmer scheinen länger überlebt zu haben, da
auch nach längerer Zeit noch frische Gänge zu sehen waren, jedoch waren auch sie irgendwann nicht
mehr zu sehen. Die meisten Pflanzen kamen mit den Bedingungen sehr gut zurecht, sodass sich auf
Dauer ein Ökosystem eingestellt hat, welches keine Konsumenten (Pflanzenfressende Tiere) ,
sondern
nur Produzenten (Pflanzen) und Destruenten (Bakterien, unterirdische Pilze und
Regenwürmer) hat.
Dies zeigt, dass die Schaffung eines Ökosystems aus Produzenten und Destruenten problemlos
funktioniert, der Einsatz von Konsumenten schwieriger ist, da diese häufig anspruchsvoller in Bezug
auf die vorherrschenden Bedingungen sind.
Allgemeines Fazit
Die Schaffung eines eigenständigen Ökosystems hat im wesentlichen funktioniert, auch wenn die
Heuschrecken aus unbekannten Gründen nicht überlebt haben, konnten sich die Pflanzen problemlos
an die Bedingungen im Terrarium anpassen,so auch an das dauerhafte Licht durch die Gebundene
Rotation. Leider war die Nachstellung weiterer Parameter der Exoplaneten in der kurzen Zeit nicht
möglich. Dennoch zeigt das Experiment, dass selbst irdische Pflanzen sich an dauerhaftes Licht
anpassen können, sodass bei möglichen Pflanzen auf Exoplaneten keine speziellen Anpassungen an
das dauerhafte Licht nötig wären.
Auf allen vier untersuchten Exoplaneten könnte sich Leben entwickeln, wenn man von einer
erdähnlichen Atmosphäre ausgeht. Von der Erde ist bekannt, dass Lebewesen sich an die
unterschiedlichsten und extremsten Umweltbedingungen anpassen können und sich daher auch an
die Bedingungen der untersuchten Exoplaneten anpassen müssten.
Es ist jedoch zu bedenken, dass die tatsächliche Atmosphärenzusammensetzung sowie der
atmosphärische Druck nicht bekannt sind. Insbesondere HD85512 b und Gliese581 c könnten für
Lebewesen viel zu heiß sein, wenn sie eine extrem dichte Atmosphäre haben, welche für einen
extremen Treibhauseffekt sorgt. Ein solcher Effekt ist von der Venus bekannt, der Treibhauseffekt
sorgt für eine Temperatur von fast 500 °C, obwohl s ich die Venus eigentlich am innersten Rand der
habitablen Zone befindet. Solange die Atmosphärenzusammensetzungen und der atmosphärische
Druck nicht bekannt sind, kann nur spekuliert werden, ob die Exoplaneten für die Entwicklung von
Leben geeignet sind.
Geht man aber von einer erdähnlichen Atmosphäre aus, so könnten sich auf allen vier Planeten
Lebewesen entwickeln.
Die Bedingungen auf den ausgewählten Exoplaneten ähneln sich in gewissen Punkten, unterscheiden
sich aber zum Teil auch extrem voneinander. So haben alle drei Gesteinsplaneten eine gebundene
Rotation, was für ähnliche Effekte sorgt: extreme Temperaturunterschiede zwischen Tag- und
Nachtseite, und daraus resultierend extreme Stürme bzw. Meeresströmungen. Die anderen
Spektralfarben der Sterne würden für andere Farben photosynthesebetreibender Lebewesen sorgen
und die Abstandsschwankungen sorgen für jahreszeitenähnliche Temperaturschwankungen, wie sie
auch von der Erde bekannt sind. Generell genügt es häufig, einen Blick auf die Erde zu werfen,
schließlich gibt es auch auf der Erde extreme Stürme, extreme Hitze und Kälte, sowie jahreszeitliche
Temperaturschwankungen, an die sich die Lebewesen problemlos angepasst haben. Dennoch sind
nicht alle Bedingungen auf Exoplaneten von der Erde bekannt.So ergeben sich beispielsweise auf
dem Gasplaneten Gliese876 c besondere Herausforderungen für mögliche Lebewesen: Lebewesen
müssten sich dort in einer bestimmten Höhe in der Atmosphäre halten und außerdem Möglichkeiten
finden, an Sauerstoff zu kommen. In diesem Fall müssen neue Ideen entwickelt werden, wie
Lebewesen sich daran anpassen könnten. Sowohl der Vergleich mit irdischen Lebewesen und deren
Anpassungsstrategien als auch die Entwicklung neuer Ideen zu möglichen Anpassungsstrategien sind
wesentliche Konzepte der Exobiologie.
Quellen
Internet:
http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2009/04/nichts-als-wasser-ozeanplaneten.php
http://www.space.com/10528-alien-planet-habitable-zone.html
http://www.raumfahrer.net/news/astronomie/06052011220757.shtml
http://www.sterne-und-weltraum.de/alias/exoplaneten/50-exoplaneten-auf-einen-streich/1123019
http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2011/08/die-zweite-erde-wurde-entdeckt-schonwieder.php
http://www.extrasolar.net/planettour.asp?PlanetID=156
http://www.exobiologe.de/Leben_auf_Gasplaneten.html
http://de.wikipedia.org/ (deutsch und englisch, Stand:14.12.2011):
HD85512 b, HD85512, Gliese581 c, Gliese581 d, Gliese581, Kepler22 b, Kepler22, Iota Horologii b,
Iota Horologii, Gliese876 c, Gliese876, Ozeanplanet, Gasplanet, Stellar classification,
Leuchtkraftklasse
http://www.focus.de/wissen/wissenschaft/astronomie/tid-25381/exoplaneten-auf-der-suche- nachverstecktem-leben-leben-aber-anders_aid_729208.html
http://www.nasa.gov/mission_pages/kepler/news/kepscicon-briefing.html
http://www.extrasolar.net/planettour.asp?PlanetID=156
http://www.exobiologe.de/Leben_auf_Gasplaneten.html
http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2008/07/der-stern-zum-wochenende- iotahorologii.php
http://www.esa.int/export/esaSC/Pr_3_2004_s_en.html
http://www.sterne-und-weltraum.de/alias/exoplaneten/exoplanet-enthaelt-lebensbausteine/1012387
http://www.daviddarling.info/encyclopedia/J/Jupiterlife.html
Literatur:
Spektrum der Wissenschaft von April 2011, von Dimitar Sasselov und Diana Valencia,
S.46-54, Auf der Suche nach der zweiten Erde
Spektrum der Wissenschaft von Oktober 2008, von Nancy Y. Kiang, S.30-38, Fotosynthese unter
fremden Sternen
Bildquellen
(1): http://www.sciencephoto.com/media/331488/enlarge
(2):http://www.thelivingmoon.com/43ancients/02files/Extra_Solar_Planet_Gliese581d.html
(3): http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kamysh_log.jpg?uselang=de
(4-7): Eigene Fotos
(8): http://www.sciencephoto.com/media/338602/enlarge