Ist der Erde am nächsten Cousin einen sterbenden Planeten?

Letzte Woche traf die Menschheit ihre ersten erdähnlichen Planeten um einen sonnenähnlichen Stern in der habitablen Zone. Kepler-452b Entdeckung stieß mit voller Aufregung, aber die Nachricht war bittersüß. Weil das Leben auf dieser fernen Welt — wenn es überhaupt existiert — könnte unmittelbar bevorstehenden Aussterben.

Der Erde neue Vetter verbrachte die letzten 6 billion-ish jahrelang in der habitablen Zone, aber seine Alterung, Aufhellung Stern könnte habe schon Gastfahrer einen außer Kontrolle geratenen Gewächshaus Event, Rechtschreibung der Anfang vom Ende für komplexes Leben. In 1 Milliarde Jahren wird ein ähnlicher Prozess die Erde in eine miserable Wüste verwandeln.

Altern ist ein natürlicher Schritt in der planetarischen Evolution, und es ist einer dieser 452b kann uns helfen zu verstehen. Um darüber spekulieren, was auf dieser fernen Welt geht, setzen Wissenschaftler auf was wir kennen wie unsere eigenen Biosphäre sterben werden.

Wie die Welt endet, laut Wissenschaft

Wir alle haben unsere Lieblings Weltuntergangsszenario aus Zombie-Viren zu riesigen Asteroiden auf Roboter Aufstände. Aber wenn keiner dieser würdige Apokalypsen die Welt zuerst zerstört, gibt es eine weitere unvermeidliche Ende: das langsame Aussterben der die Biosphäre der Erde wie die Sonne backt es trocken.

In 2012 und 2013 veröffentlicht Astrobiologe Jack O' Malley-James ein paar wissenschaftliche Abhandlungen, die beschreiben, wie die Welt wie wir wissen, es wird tatsächlich am Ende in faszinierenden detail.* seiner Analyse könnte gelten auch für eine erdähnliche Welt wie Kepler-452b.

Seit seiner Entstehung vor 4,5 Milliarden Jahren Leuchtkraft der Sonne sehr langsam um etwa 30 % gestiegen, und es werde weiter wachsen heller in die Ferne Zukunft. Wir beginnen in etwa 1 Milliarde Jahren spüren. An diesem Punkt wird die zusätzliche Sonneneinstrahlung Wasser schnell verdunstet aus der Erdoberfläche führen. Wasserdampf wirkt wie ein Wärme-Trapping Treibhausgas in der Atmosphäre so weit verbreiteten Verdunstung Kickstart wird ein "außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt" verursacht der Erdoberfläche warm noch schneller und noch mehr verdampfen.

Solar Leuchtkraft im Laufe der Zeit über Northwestern University

Höhere Temperaturen erhöht auch die Rate der Kieselsäureverbindung Felsen Verwitterung in der Erdkruste. Silikate Wetter sie saugen Kohlendioxyd aus der Atmosphäre und in bestimmten Arten von Felsen zu sperren. Normalerweise ist dies kein Problem, weil der Verlust von Kohlenstoff durch tektonische Aktivität wie Erdbeben und Vulkanismus, die senden Sie Kohlenstoff in die Atmosphäre wieder ausgeglichen ist. Aber wie die Erdoberfläche trocknet, tektonische Aktivität langsam und dann aufhören. Keine weitere Tektonik bedeutet nicht mehr geologische Kohlenstoffzyklus. An diesem Punkt beginnt atmosphärischen CO2-Gehalt zu stürzen.

Das markiert den Anfang vom Ende für Pflanzen, die CO2 für die Photosynthese benötigen. Sobald atmosphärischen Kohlenstoff unter 10 Teilen pro sinkt million (sie sind derzeit nördlich von 400), so ziemlich alle mehrzelligen pflanzlichen Lebens stirbt nach Luft schnappen. Und das sind sehr schlechte Nachrichten für den Rest von uns, denn Pflanzen sind nicht nur die Grundlage der Erde Nahrungsnetze, ergänzen sie unsere Versorgung mit Sauerstoff. Luftsauerstoff wird Freifall treten.

Wie der Sauerstoff verschwindet, werden große Tiere aus, gefolgt von kleineren sterben. Insekten und Wirbellose Meer hängt wohl am längsten. Aber innerhalb von etwa 100 Millionen Jahren das Massensterben von Pflanzen, tierischen Lebens wird auch zugrunde gehen. An diesem Punkt wird Erde wieder eine Welt, die durch Mikroben beherrscht werden.

Hier ist ein einfaches Diagramm veranschaulicht die Folgen der deprimierendsten zukünftigen Klimas immer Prognose:

Bild über O' Malley-James Et Al. 2012

In geologischer Hinsicht gehen vielzelligen Lebens schnell angekommen bestimmte wichtige atmosphärische Gase aus dem Gleichgewicht geraten. Mikroben sind aber schwieriger zu töten. Laut O' Malley-James könnten Mikroorganismen Ende hängen, für mehr als 1 Milliarde Jahre nach dem Aussterben der komplexes Leben. Als Ozeane Wasser gießen Sie in die Atmosphäre und der Erdoberfläche weiterhin kochen, werden Extremeophiles, Höhlen, Berge, Ozeangräben zurückziehen – überall, dass sie die Hitze zu entkommen und ein weniges flüssiges Wasser zu finden. 2,5 Milliarden Jahre in die Zukunft O'Malley-James Modelle vorhersagen, werden die letzten hartnäckigen Lebensformen der Erde aus Vernichtung Bekämpfung sein.

Wenn zukünftige alien (oder Menschen) Zivilisationen durch Teleskope auf die Sterbende Erde blicken, können sie die geringsten Spuren von Kohlendioxid und Methan zu erkennen – die biologische Abgesang eines einst lebendigen Planeten. 3 Milliarden Jahren wird Erde vollständig sterilisiert werden.

Eine Galaxie der Erden sterben?

Künstlers Konzept eines Exoplaneten, via Wikimedia Commons

Auf geologischen Zeitskalen scheint die Fenster für komplexes Leben ziemlich kurz sein. Eine große Frage in Astrobiologie ist, ob das gleiche auf anderen Welten gilt.

So weit, Hinweise die darauf, dass es wahrscheinlich wird.

Eine weitere aktuelle Studie O'Malley-James und Crew untersucht die Wahrscheinlichkeit zu finden, eine so genannte "alte-Erde-Analog" — eine Alterung-Planeten, die nur mikrobielles Leben unterstützen kann – in der stellaren Nachbarschaft. Mit Klimamodellen und Planeten Frequenz Datasets, prognostiziert das Team gibt es mindestens eine solche Welt innerhalb 100 Parsec des Sonnensystems. Anders ausgedrückt, könnte etwa 0,36 % der G-Stars in unserer Nachbarschaft ein Planet in die endgültige Würfe einer Apokalypse Hafen. Vorausgesetzt, dieser Satz gilt für die gesamte Galaxie, die Milchstraße mit Tausenden von sterbenden Erden übersät sein könnte. Laut Schätzungen Modellsätze der Planetenentstehung und Sternentwicklung könnten solche Welten menschenfreundlich Planeten zehn zu eins zahlenmäßig überlegen.

Legen Sie in diesem etwas deprimierend, können wir uns sehr glücklich 452b entdeckt haben schätzen. Während dieses Planeten sicherlich alt ist, ist es möglich, dass komplexes Leben noch ein wenig Zeit hat.

Ist Kepler-452b im Todeskampf?

Kepler-452b ist die nächste Erde-Analog wir je gefunden habe. Der Planet hat einen Radius 60 % größer als bei uns, und er umkreist einen G2-Stern (vom gleichen Typ wie unsere Sonne) in einer mittleren Entfernung von 1,05 AU. 452b der Sterne ist ungefähr 20 % größer, 10 % heller und 1,5 Milliarden Jahre älter als die Sonne. Infolgedessen erhält trotz einer etwas breiteren Umlaufbahn, 452b ca. 10 % mehr Strahlung als die Erde.

Künstlers Konzept vergleicht Erde (links) zum Kepler-452b, die ist größer im Durchmesser etwa 60 Prozent. Bild via NASA/JPL-Caltech/T. Pyle

Basierend auf seiner relativ geringen Größe (es ist der kleinste Exoplanet Planet bisher entdeckt in der habitablen Zone), Astronomen schätzen gibt es eine 49 — 62 % chance, dass das Kepler-452b ist steinig. Wenn es ist eine felsige Welt, könnte es aussehen, sehr viel wie eine größere Erde, mit einer dicken, trübe Atmosphäre und aktive Vulkane.

Aber trotz dieser verlockende Hinweise der Ähnlichkeit, wir können noch nicht sagen für bestimmte, dass grundlegende für Bewohnbarkeit dieses Planeten Kriterien. Zum einen kann nicht ohne zu wissen 452b Masse, wir seine Dichte berechnen. Gibt es noch eine Chance 452b ist eine Gas-Welt – eine "Mini-Neptun" anstatt "Supererde" – und wenn das der Fall wäre, würde es die Chancen des Lebens zu machen, wie wir es im Grunde wissen gleich Null. Leider ist der Planet zu fern und dunkel für Astronomen, seine Masse mit heutigen Teleskopen genau zu messen.

Auch wenn Kepler-452b steinig ist, ist es noch nicht klar ob die Biochemie, die die Evolution des Lebens zugrunde liegt auf einem Planeten mit zweimal die Erdanziehungskraft funktionieren würde.

All das ist zu sagen, während es den meisten erdähnliche Planeten sein mag, wir wissen, wir können nur spekulieren , über 452b Perspektiven für das Leben. Dennoch, wenn wir davon ausgehen, dass es steinig ist und das größere, schwerere Planeten können Unterstützung Leben, sehr guter Grund zu 452b, begeistert sein, gibt weil dieser Welt, seine gesamte Lebensdauer innerhalb der bewohnbaren Zone von seinem Stern verbracht hat. Wie der NASA Jon Jenkins in einer Pressekonferenz letzte Woche erwähnt "das ist viel Zeit für das Leben irgendwo auf seiner Oberfläche oder in den Ozeanen entstehen die Bedingungen für Leben existieren sollte."

Bill Moore, planetarische Geologe an der Hampton University, stimmt. "Leben scheint sehr schnell auf der Erde entstanden sind," sagte Moore mir am Telefon. "Jedes Leben, das auf diesem Planeten begonnen haben könnte hat sicherlich eine lange Zeit zu komplex geworden."

Also, lasst uns Optimisten für einen Moment und davon ausgehen, dass das Leben hat sich auf 452b entwickelt. Wie würde der Planet Biosphäre heute ergeht? Die Jury ist immer noch da draußen, aber wenn 452b noch nicht bereits von einem außer Kontrolle geratenen Gewächshaus Ereignis getroffen wurde, dieses Ereignis wahrscheinlich in naher Zukunft der Erde.

"Wenn dort ist jede Art der Biosphäre, es ist eine, die zur Bewältigung zunehmend heißer und trockener Bedingungen weiterentwickelt" sagte Moore.

Grund dafür ist, während Kepler-452b verbrachte seine ersten 5 Milliarden Jahren in der "konservativen" bewohnbaren Zone (gekennzeichnet durch die leuchtend grünen Band in dem Video oben), haben die letzten 800 Jahren million-ish dieses Planeten in der "optimistischen bewohnbaren Zone" seinen Stern geschoben. Hier ist es anfällig für die Art der dramatischen Klimaerwärmung, dass Venus in der Vergangenheit erlebt und wir erwarten in Zukunft auf der Erde zu sehen. Dennoch wissen wir nicht, wie lange es dauern würde, eine Erwärmung Event, komplexes Leben, ohne zu wissen, mehr über entlaufene Gewächshäuser im allgemeinen und 452b im besonderen zu vernichten.

"Eine der offenen Fragen ist: wie viel eines Schalters einen außer Kontrolle geratenen Gewächshaus ist?" Moore sagte. "Ist es ein Wendepunkt wo, geologisch gesehen, Sie auf der Venus sind Bedingungen in kurzer Zeit? Oder gibt es Zwischenstufen, wo es für eine Weile hängen werde? Das ist etwas, was wir nicht wissen. "Wir haben nicht gut genug Griff auf den Planeten so verhalten wie sie immer heißer und heißer bekommen."

O' Malley-James weist darauf hin, dass da 452b größer als die Erde ist, es könnte ein wenig besser ergeht werden als unsere Blue Marble auf der gleichen Stufe Leben würde.

"Wenn wir davon ausgehen, dass es [452b] wie die Erde ist, Leben dort eine ähnliche Geschichte zum Leben auf der Erde hat, dann könnte es ein guter Kandidat für eine Welt, die möglicherweise einmal komplexes Leben gehostet haben, aber jetzt ist besser geeignet, um Mikroben sein," erzählte O'Malley-James mir in einer e-Mail. "Allerdings könnte es tatsächlich sein ein besserer Ort zum Leben als Erde in diesem Alter wäre. Ein massiver Planet als Erde könnte das Wasser länger festhalten verzögern den außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt. Es könnte auch mehr vulkanisch aktiv sein könnte die Super-laden den Kohlenstoffkreislauf im Vergleich zur Erde, was bedeutet, dass der CO2-Gehalt für längere Zeit stabil bleiben können, Bedingungen mehr für Pflanzen für besser zu halten und verzögern die vorhergesagte Abfolge der Ereignisse vom Aussterben bedroht."

Unterm Strich ist, brauchen wir mehr Informationen über wie entlaufene Gewächshaus Ereignisse ihren Lauf um zu sagen ob 452b einer bereits getroffen hat. Und das bedeutet, dass wir beginnen, Exoplanet Atmosphären, die verräterische Signaturen verstecken müssen.

"Grundsätzlich gibt es drei verschiedene Zustände, an denen eine [Erde] Welt teilnehmen kann,", sagte Moore. "Es kann ein Schneeball-Welt, einer Welt wie der heutigen Erde oder einem außer Kontrolle geratenen Gewächshaus. Wir wissen nicht wirklich, wie häufig diese Zustände sind, weil wir nicht genügend Daten, auf die Atmosphäre des Planeten vorhanden."

Mit der nächsten Generation von größeren, leistungsfähigeren Teleskopen werden wir damit beginnen, fangen das Sternenlicht reflektiert die Atmosphären von Exoplaneten und ihre Chemie-Decodierung. Die Informationen, die wir aus der Ferne sammeln helfen Wissenschaftler entschlüsseln, welche Art von einem erdähnlichen Planeten — ein Eiskeller, ein Treibhaus oder ein mildes Wetter Welt – wir schauen.

"Die Anwesenheit von Wasser ist ein großes Thema sein", sagte Moore. "Darüber hinaus freuen wir uns, Methan und CO2 zu sehen. All diese Dinge würden uns sagen die Wahrscheinlichkeit, die wir entwickelt haben, in einen Zustand von Venus."

Im Moment scheint es sicher zu sagen, dass Kepler 452b — sollte felsigen, hätte es eine Biosphäre – am allerwenigsten beginnt seine langsame Dia in Richtung vollständige Auslöschung.

Als düster wie das klingen mag, ist die Möglichkeit jedes Lebens überhaupt auf 452b natürlich sehr spannend. Darüber hinaus wäre zu finden, eine echte "dying Earth analoge" ein großer Segen für die Planetologie. Solche Planeten studieren würde beleuchten wie unser eigener Planet Kohlenstoffzyklus und tektonische Aktivität in der Zukunft ändern werden.

Zu guter Letzt gibt es immer die schwache Möglichkeit, dass intelligentes Leben auf 452b entstanden und seine Flucht vor langer Zeit machte. Entdecken Sie Spuren einer uralten, fortgeschrittene Zivilisation hätte nicht nur tiefgreifende Auswirkungen auf Wissenschaft, Philosophie und Religion, es böte der Menschheit Hoffnung das langfristige Überleben — über die Lebensdauer der Heimatwelt – nur möglich sein könnte. Jenkins schreibt:

Solange diese anderen Planeten von anderen Umfragen Exoplanet entdeckt werden, oder eine SETI-Beobachtung dieses Planetensystems Unterschriften von Außerirdischen Technologien zeigt, überlassen wir spekulieren über das Schicksal einer uralten Zivilisation, die zuerst auf Kepler-452b (oder auf einem Mond umkreist es) entwickelt haben kann. Z. B. kann es anschließend zu einem noch unentdeckt äußeren Planeten die unvermeidlichen Verlust der meisten der intrinsischen Wasser Bestand zu entkommen, nachdem die feucht außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt im Kepler-452b orbital Abstand ca. 800 ergriff migriert haben Myr vor.

So seltsam es klingt, könnte eine sterbende Erde tatsächlich die inspirierendsten Entdeckung sein, die die Menschheit je gemacht hat.

* Beide Papiere gibt es in der Druckvorstufe auf ArXiv und ich ermutige Sie, sie zu lesen, wenn Sie meine krankhafte Obsession mit der End-Tage teilen.

Kontaktieren Sie den Autor unter [email protected] oder folgen Sie ihr auf Twitter.

Top Bild über NASA Ames/JPL-Caltech/T. Pyle