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Welche Rolle spielen Bahn und Rotation für die Habitabilität?

Eine Frage der Bewegung

Die Bahn und Drehung eines Planeten spielt ebenfalls eine wichtige Rolle für seine Lebensfreundlichkeit. Kreist der Himmelskörper auf einer extrem exzentrischen Bahn um seinen Stern, liegt diese sehr wahrscheinlich zumindest teilweise außerhalb der habitablen Zone. Je größer die Exzentrizität, desto größer sind Temperatur-Schwankungen auf seiner Oberfläche. Bis zu einem gewissen Grad können Biomoleküle und Lebewesen solche Schwankungen aushalten und sich anpassen.

Eine extrem exzentrische Bahn würde einen Planeten immer wieder aus der habitablen Zone hinausführen. © NASA/JPL

Wenn aber beispielsweise die Erde eine solche Bahn besäße und ihre Ozeane dadurch abwechselnd gefrieren und verdampfen würden, hätte sich das Leben auf unserem Planeten wohl nicht entwickeln können. Im Sonnensystem allerdings herrschen annähernd kreisförmige Umlaufbahnen vor, deutlich exzentrisch kreisen nur der Merkur und der Zwergplanet Pluto. Bei vielen bisher bekannten Exoplaneten dominieren jedoch exzentrischere Orbits.

Zwischen Gluthitze und Todeskälte

Ebenfalls zu extremen Temperaturunterschieden würde eine zu langsame Rotation des Planeten führen. So dreht sich beispielsweise der Merkur im Laufe von zwei Sonnenumläufen nur dreimal um seine eigene Achse. Ein Tag ist daher auf dem innersten Planeten ein zwei Drittel Jahr lang, in der Phase der Sonnennähe kehrt er der Sonne sogar immer die gleiche Seite zu. Das hat entsprechende Folgen: Während sich die Tagseite des Planeten bis auf 427°C aufheizt, sinken die Temperaturen auf der Nachtseite auf weniger als -170°C.

Ein Leben wäre unter solchen Bedingungen kaum möglich – es sei denn, es würde immer mit der schmalen Dämmerungszone mitwandern. Die Erde hat in dieser Hinsicht dagegen gute Karten: Durch ihre relativ schnelle Rotation hat die Sonne keine Gelegenheit, eine Seite des Planeten so extrem aufzuheizen, er dreht sich einfach zu schnell unter ihr weg, so dass die Temperaturschwankungen moderat sind.

Die Neigung der Erdachse ist genau richtig für gemäßigte Jahreszeiten © gemeinfrei

Jahreszeiten sind lebensfördernd

Und noch in einer Hinsicht hat es die Erde genau richtig erwischt: in der Neigung ihrer Rotationsachse. Mit rund 23° ist die Achse gerade so weit gekippt, dass unser Planet der Sonne mal die eine, mal die andere Halbkugel stärker zudreht. Dadurch entstehen Jahreszeiten, das Klima in den mittleren und höheren Breiten schwankt im Jahresverlauf. Aber diese Temperaturunterschiede sind wiederum nicht so stark, dass sie die Toleranzgrenzen von Lebewesen und biochemischen Reaktionen überschreiten.

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Studien zeigen, dass bei einer viel stärker gekippten Erdachse die Jahreszeiten viel extremer ausfallen und dann im Sommer lebensfeindliche Hitze und im Winter extreme Kälte nach sich ziehen. Leben wäre dann auf der Erde höchstens noch entlang der Meeresküsten möglich – dort, wo die Pufferwirkung der Ozeane das Klima abmildert. Aber auch das Umgekehrte wäre fatal: Mit einer genau senkrecht auf der Umlaufbahn stehenden Achse gäbe es keine Jahreszeiten, dadurch würden im Laufe der Zeit enorme Temperaturunterschiede zwischen den Polen und dem Äquator entstehen. Langfristig kann dies dazu führen, dass die Atmosphäre an den Polen ausfriert und das Wasser am Äquator verdampft. Trotz Position in der habitablen Zone wäre ein solcher Planet vermutlich unbewohnbar.

Jupitermond Io © NASA / JPL / University of Arizona

Durchgewalkt von Gezeitenkräften

Einen ebenfalls eher kontraproduktiven Effekt demonstriert der Jupitermond Io: Er umkreist den Gasriesen so nahe, dass dessen Schwerkraft enorme Gezeitenkräfte bei ihm auslöst. Das Mondinnere wird von ihnen regelrecht durchgewalkt, das Gestein abwechselnd gedehnt und gestaucht. Die dadurch erzeugte Reibung heizt das Gestein auf und macht Io zum vulkanisch aktivsten Himmelskörper im Sonnensystem.

Auch ein Planet, der einen Roten Zwerg umkreist, wäre solchen Gezeitenkräften ausgesetzt. Denn diese massearmen und leuchtschwachen Sterne haben nur rund ein Drittel des Sonnendurchmessers und sind meist nur ein Tausendstel so hell. Dadurch liegt die habitable Zone bei Roten Zwergen viel näher am Stern als bei der Sonne. Ein Erdzwilling um einen solchen Himmelskörper könnte daher trotz Lage in der bewohnbaren Zone ziemlich ungemütliche Bedingungen bieten.

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Nadja Podbregar
Stand: 10.01.2014

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Sonderfall Erde
Das Geheimnis der Habitabilität

Überblick
Das Wichtigste in Kürze

Eine Frage der Lage
Die habitable Zone und der Treibhauseffekt

Eine Frage der Zeit
Es kommt auch auf den Stern an

Eine Frage der Größe
Warum zu kleine Planeten lebensfeindlich sind

Eine Frage der Bewegung
Welche Rolle spielen Bahn und Rotation für die Habitabilität?

Erdzwillinge gesucht
Wie viele lebensfreundliche Planeten gibt es im All?

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