In der Science-Fiction sind Exomonde oft lebensfreundliche, wasserreiche Welten. Aber wie sieht es in der Realität aus? Im Sonnensystem sind die meisten Monde zu weit von der Sonne entfernt und kalt, um habitabel zu sein. Und wenn Trabanten tatsächlich häufiger um weit außen kreisende Gasriesen entstehen, könnte dies auch in anderen Planetensystemen kaum anders sein – oder doch nicht?
Mehr Chancen als bei einem Exoplaneten
Tatsächlich stehen die Chancen für eine Habitabilität bei einem Exomond sogar besser als bei einem Exoplaneten, wie Modellsimulationen nahelegen. Weil ein solcher Mond sowohl unter dem Einfluss seines Planeten wie unter der des Sterns steht, wirken mehr Faktoren zusammen. Durch solche Synergie-Effekte kann ein Exomond auch außerhalb der habitablen Zone seines Planetensystems noch warm genug für Wasser und Leben sein – denn die nötige Wärme liefert der Planet.
„Exomonde sind komplizierter als Exoplaneten – aber das bringt auch mehr Chancen mit sich, lebensfreundlich zu sein“, erklärt Rory Barnes von der University of Washington. Der Astrobiologe hat vor einigen Jahren gemeinsam mit René Heller vom Leibnitz-Institut für Astrophysik in Potsdam untersucht, was ein Exomond mitbringen muss, um zu einer lebensfreundlichen Welt zu werden – und welche Faktoren dies beeinflussen.
Gezeitenkräfte als Wärmequelle
Ein Beispiel für solche kombinierten Effekte: Wenn ein Exomond um einen Gasriesen mit einem Orbit ähnlich des Jupiter oder Saturn kreist, wäre er normalerweise zu kalt für flüssiges Wasser – es kommt zu wenig Strahlungswärme vom Stern an. Aber schon der Blick auf die Jupitermonde zeigt, dass das kein Hindernis sein muss: Der Mond Europa hat zwar ein dicke Eiskruste, darunter jedoch gibt es einen warmen, flüssigen Ozean. Quelle dieser Wärme sind die starken Gezeitenkräfte des Jupiter, die das Innere des Mondes durchwalken und erwärmen.
Auf ähnliche Weise können auch die Gezeitenkräfte von Exoplaneten ihre Monde aufheizen und so ihre eigene habitable Mondzone schaffen. „Wir können uns einige Szenarien vorstellen, in denen ein Exomond allein durch diese Gezeitenwärme habitablen wird“, erklären Barnes und Heller. Allerdings gibt es auch die Kehrseite: Kreist ein Planet-Mond-Gespann ohnehin schon in der habitablen Zone des Sterns oder an deren inneren Rand, dann kann die Gezeitenheizung den Exomond über diese Grenze schieben: Er wird dann zu heiß und zu vulkanisch für flüssiges Wasser und Leben – wie der Jupitermond Io.
Und nicht nur das: Wenn die Gezeitenkräfte genug Wärme liefern, um das Innere des Exomonds heiß und flüssig zu halten, können sie ihm auch ein Magnetfeld und eine Plattentektonik bescheren. Beide entstehen, wenn es Strömungen flüssigen Metalls oder heißen Magmas im Inneren eines Himmelskörpers gibt – wie bei unserer Erde der Fall. Beides sind zudem Faktoren, die die Lebensfreundlichkeit eines Himmelskörpers erhöhen.
Licht und Schatten vom Planeten
Neben dem Gezeiteneffekt kann ein Exomond auch zusätzliches Licht und Wärmestrahlung von seinem Planeten erhalten. Denn je nach Umlaufbahn durchläuft der Trabant Bereiche, in denen das von der Planetenoberfläche reflektierte Sternenlicht auf ihn fällt. „Solche Satelliten können daher mehr Bestrahlung bekommen als ihre Planeten“, erklären Barnes und Heller. Auch dies erweitert die habitable Zone für Exomonde nach außen hin.
Umgekehrt kann ein Exomond auch durch seinen Planeten geschützt und gekühlt werden. Das ist beispielsweise der Fall, wenn er regelmäßig durch den Schatten eines großen, nahen Planeten wandert. Diese Mondfinsternis kann das Klima auf dem Exomond signifikant beeinflussen, wie die Astronomen erklären. Gleichzeitig kann dieser Wechsel aus Planetenschein und Sternenlicht eine Art Jahreszeiten auf dem Exomond verursachen: Je nachdem, ob nur eine Lichtquelle am Himmel steht, beide oder keine, ist es auf der Mondoberfläche Winter, Sommer oder etwas dazwischen.
Orbit und Größe des Trabanten entscheidend
Wie die Astronomen feststellten, bestimmt diese Kombination von Faktoren die innere Grenze der habitablen Zone von Exomonden. Überschreiten sie diese, führen Gezeitenkräfte und Bestrahlung dazu, dass die Monde überhitzen und es einen sich selbst verstärkenden Treibhauseffekt gibt. Nach außen hin gibt es für den Abstand vom Planeten keine scharfe Grenze. Solange der Hill-Radius nicht überschritten wird, kann ein Exomond auch weit entfernt von seinem Planeten habitabel sein, wenn der Planet in der habitablen Zone seines Sterns kreist.
Warum, so kann man sich fragen, hat dann keiner der Monde um Saturn oder Jupiter Ähnlichkeit mit Pandora oder Endor? Nach Ansicht von Astronomen könnte dies auch an ihrer Größe liegen: „Massereichere Exomonde haben eine größere habitable Zone um ihre Planeten als masseärmere“, erklären Barnes und Heller. Zum einen liegt die innere Grenze, ab der ein Mond zu warm und instabil wird, bei größeren Himmelskörpern weiter innen. Zum anderen haben solche Monde genügend Schwerkraft, um eine Atmosphäre und damit auch Wasserdampf und flüssiges Wasser festzuhalten.
Nach Berechnungen von Heller und Ralph Pudritz von der McMaster University in Kanada müsste ein Exomond um einen extrasolaren Gasriesen mindestens die Größe und Masse des Planeten Mars haben, um längerfristig lebensfreundlich zu sein. Ein solcher Mond wäre auch massereich genug, um bei einer Wanderung seines Mutterplaneten vom eisreichen Außenbereich ihres Planetensystems nach innen sein Wasser zu behalten. Aus einem Eismond könnte dann ein von Wasser bedeckter Trabant werden.
