Dynamische Entwicklung von Planeten in der Habitalen Zone

Ein Jahrzehnt nach Entdeckung des ersten Extra-Solaren Planeten bei einem sonnenähnlichen Stern durch die Genfer Astronomen M. Mayor und D. Queloz, ist die Suche nach erdähnlichen Planeten zu einem der wichtigsten Ziele der Astronomie geworden. Die Entdeckung einer "Exo-Erde" wird sicherlich ein Meilenstein in dem so aufstrebenden Wissenschaftsbereich der Extra-Solaren Planetenforschung sein. Kommen wir damit doch der Beantwortung der vielfach gestellten Frage, ob wir allein im Universum sind oder nicht, ein großes Stück näher. Natürlich gibt die Entdeckung eines Planeten in der sog. "Habitablen Zone" eines Stern, also jener Region in einem Planetensystem, wo ein terrestrischen Planet ähnliche Bedingungen wie auf der Erde vorfindet, noch lange nicht die Gewissheit, dass der Planet Leben beherbergt. Dies kann auch nicht allein durch astronomische Studien gezeigt werden, da es sich um einen interdisziplinären Forschungsbereich handelt. Hierbei spielt die Astrophysik eine bedeutende Rolle, da die Entwicklung des Stern und auch des Planeten, sowie die Stabilität der Planetenatmosphäre und vor allem die Langzeitstabilität der Planetenbewegung von großer Bedeutung sind. Besonders der zuletzt genannte Punkt zeigt, ob ein Planetensystem eine der notwendigen Voraussetzungen für die Entwicklung von Leben aufweist oder nicht, da dies ein Prozess über einen sehr langen Zeitraum ist. Dieses Faktum unterstreicht die Wichtigkeit von dynamischen Stabilitätsstudien, wie sie im Rahmen dieses Projekts durchgeführt werden, und in dem folgende Thematiken behandelt werden: 1. Es soll untersucht werden, ob das Kreuzen bestimmter Bahnresonanzen von Gasplaneten zur aktuellen Planetenkonstellation in Extra-Solaren Planetensystemen führt, wie dies für das äußere Sonnensystem gezeigt wurde. Zudem sollen Auswirkungen auf mögliche erdähnlichePlaneten in der Habitablen Zone analysiert werden. 2. Ausgehend vom Doppelsternsystem u.z. HD41004 AB wird untersucht, ob der begleitende Stern HD41004 B die Habitable Zone von HD41004 A beeinflusst. Dies zeigt sich durch das Auftreten von Säkularresonanzen, welches von mehreren Faktoren , wie Masse, Abstand, Exzentrizität, abhängt. 3. Aufgrund der zahlreich entdeckten "hot-Jupiters", also jener Riesenplaneten, die sehr nahe beim Mutterstern sind, soll untersucht werden, ob diese die habitablen Zonen von K und M Sternen stören, da diese Region näher beim Stern ist, aufgrund der geringeren Leuchtkraft dieser Sterntypen. Hier sei natürlich vorausgesetzt, dass die Migration des Gasriesen zum Mutterstern die Habitable Zone nicht völlig zerstört hat, bzw. dass eventuell später erdähnliche Planeten in diesen Bereich migrierten. Zudem soll mit Hilfe bereits vorhandener Daten, die im Laufe des Projekts noch ergänzt und vervollständigt werden, eine Datenbank für die Planetenbewegung um einen Stern in Doppelsternsystemen erstellt werden, die dem Beobachter bei derartigen Neuentdeckungen Sofortinformation liefert, ob der Planet im stabilen Bereich ist oder nicht. Daher bin ich der festen Überzeugung, das die erfolgreiche Durchführung dieses Projekts unser Wissen über die Diversität, die Entstehungsmechanismen und die dynamische Stabilität der Extra-Solaren Planetensysteme verbessern wird.

Das Projekt analysierte die Stabilität von erdähnlichen Planeten, die sich in der sogenannten "habitablen (= bewohnbare) Zone" eines Planetensystems befinden. Es wurde neben dem Sonnensystem auch Jupiter-Saturn ähnliche Konfigurationen, Planeten in Doppelsternsystemen sowie Systeme mit sogenannten "hot-Jupitern" betrachtet. Dabei wurden interessante Ergebnisse erzielt: Eine "kleine" Veränderung in der Distanz zwischen den beiden größten Planeten des Sonnensystems, Jupiter und Saturn, kann eine große Wirkung auf die Bewohnbarkeit der Erde haben. Im Sonnensystem ist Jupiter in etwas mehr als 5facher Erdentfernung zur Sonne und Saturn in ca. 9,5 facher Erdentfernung. Wäre Saturn in der Entwicklungsphase des Sonnensystems nicht so weit nach außen gewandert, sondern nur auf 8,7 fache Erdentfernung gekommen, dann würden die beiden Gasplaneten die Bahn unserer Erde stark stören und dies hätte fatale Folgen für das Leben auf der Erde. Denn anstelle auf einer nahezu kreisförmigen Bahn würde sich die Erde auf einer langgestreckten Ellipse um die Sonne bewegen. Dabei würde sie weit ins Innere des Sonnensystems wandern und zwar fast bis zur Merkurbahn, und der sonnenentfernteste Bahnpunkt liegt dann nur unweit der Marsbahn. Damit wäre die Erde großen Temperaturschwankungen ausgesetzt. Wenn man bedenkt, dass der bewohnbare Bereich, oder anders gesagt unsere Lebenszone, im Sonnensystems praktisch ein Nahbereich um unsere Erdbahn ist, dann würde die Erde auf einer elliptischen Bahn nur mehr für kurze Zeit in dieser bewohnbaren Zone sein. Ähnliche Auswirkungen zeigten sich bei Erhöhung der Saturnmasse. Eine dreifache Saturnmasse führt ebenfalls zu einer elliptischen Erdbahn, die sich von der Venusbahn bis zur Mitte der Erde-Mars Distanz erstrecken würde. Man könnte daher meinen, dass die Bewohnbarkeit bzw. das Leben auf der Erde ein glücklicher Zufall ist! Weiters zeigte diese Studie, dass die Venus ihre nahezu kreisförmige Bahn im Sonnensystem dem Erde-Mond System verdankt. Denn Berechnungen ohne die Erde ergaben eine elliptische Venusbahn mit sonnennächsten Punkt in halber Erdentfernung von der Sonne und der sonnenentfernteste Punkt lag nahe der Erdbahn. Das heißt, entdeckt man ein Planetensystem, das in der Architektur ähnlich dem Sonnensystem ist, kann man aufgrund der Bahnform des Planeten in Venusentfernung vom Stern auf einen möglichen Planeten in der bewohnbaren Zone schließen. Auch für Planeten in Doppelsternsystemen - wenn sich der Planet um einen der beiden Sterne bewegt- ist die Existenz bewohnbarer Planeten nicht völlig ausgeschlossen, trotz zusätzlicher Störung vom Begleitstern. Diese Resultate sind wichtige Beiträge für die Extra-solare Planetenforschung und für die Suche nach Leben im Universum.