Physiologische Anpassung des Lebens auf einem Planeten, der einen Roten Riesen umkreist.

Nehmen wir an, es gibt einen erdähnlichen Exoplaneten, der einen normalen Stern umkreist, mit einem ähnlichen Prozess in Bezug auf die Evolution des Lebens auf der Erde, aber der Stern wurde während dieser Evolution zu einem roten Riesen. Angenommen, der Exoplanet befand sich während und nach dem Übergang vom normalen Stern zum Roten Riesen in der Goldilocks-Zone und der Rote Riese hat nach dem Übergang noch eine Lebensdauer von einer Milliarde Jahren ...

Wie würde sich das Leben anpassen, um daraus einen Vorteil zu ziehen, wenn es keine intelligenten Organismen gäbe?

Würde der Planet aufgrund der erhöhten Effizienz der Umwandlungsraten von Solarenergie von photosynthetischen Pflanzen dominiert werden?

Würden Mutationen aufgrund erhöhter Sonneneinstrahlung häufiger auftreten?

Wenn der Planet eine langsame Rotationsgeschwindigkeit hätte, könnten die Pflanzen ein neues Speichermedium für die Sonnenenergie entwickeln, wenn sie ohne konstante Quelle bleiben?

Würden Tiere dazu neigen, kaltblütig zu sein und/oder würden sie photosynthetische Eigenschaften entwickeln, möglicherweise mit Ähnlichkeit mit der Synthese von Vitamin D beim Menschen?

Ich freue mich zu sehen, dass Sie Ihre Nachforschungen über rote Riesensterne angestellt haben, die eine Milliarde Jahre überdauern. Es ist möglich, dass der Exoplanet sowohl vor als auch nach seinem Übergang zum Roten Riesen in seiner Goldilocks-Zone bleibt. Wenn es während und nach dem Übergang nur in der bewohnbaren Zone wäre, wäre es extrem kalt. Ein Schneeball-Exoplanet. Nicht gut für die Evolution des Lebens. Mich hängt davon ab, wie sich die Goldilocks-Zone bewegt, wenn sie vom normalen Stern zum Roten Riesen übergeht. Das solltest du in deiner Frage klarstellen. Dies ist eine interessante Frage, aber Sie müssen sich möglicherweise mehr darauf konzentrieren.
Eine Sache, die Sie beachten sollten, ist, dass ein roter Stern weniger UV und Energie produziert als ein gelber Stern. Die Pflanzen werden dunkel sein und versuchen, so viel Energie wie möglich zu absorbieren, und die schwache Sonnenstrahlung dringt nicht sehr tief in das Wasser ein.
@ 2a4android Vielleicht begann sich die Umlaufbahn des Planeten zu bewegen, als der Stern wuchs. Wir haben wandernde Planeten in anderen Systemen gesehen, und Physiker glauben, dass es in den Anfangsjahren des Sonnensystems sogar den äußeren Planeten passiert sein könnte. Der über Milliarden von Jahren zunehmende Sonnenwind könnte definitiv die Umlaufbahn eines Planeten anheben, wobei andere Planeten bei ihrer Bewegung ebenfalls einen zusätzlichen Gravitationsschub geben. Und wenn sich ein solcher Planet zusammen mit seiner bewohnbaren Zone bewegen würde, könnte er Leben haben, das Milliarden Jahre älter ist als wir.
Lassen wir die Unplausibilitäten bezüglich der Entstehung des Lebens außer Acht, bevor der Stern zum Roten Riesen wurde. Wenn der Stern Betelguese ähnlich war, befand er sich dennoch in einer relativen Entfernung zum Exoplaneten, wo er die Oberflächentemperatur des Planeten bei etwa 30 Grad Celsius halten konnte. Demnach hat der Stern etwa 3000 Kelvin, könnte er also, wenn er näher am Planeten wäre, eine warme Oberflächentemperatur aufrechterhalten?
Da rote Riesen etwa halb so heiß sind wie unsere Sonne, würde es unter der Annahme, dass ihre Sonnenmasse ebenfalls 0,5 der unserer Sonne beträgt, eine Zunahme der Schwerkraft geben oder könnte der Planet normal umkreisen? Die größere Nähe scheint, als ob sie den Temperaturmangel aufheben würde, und die Halbierung der Masse würde außerdem die erhöhte Schwerkraft der größeren Nähe aufheben.
@DanClarke Die Bilder 10, 11 und 12 stützen Ihre Aussage bezüglich der Farbe der Blätter. Viele dieser Aussagen scheinen jedoch zu besagen, dass Pflanzen kein UV-Licht absorbieren oder es zumindest nicht für die Photosynthese verwenden. Ich habe diese Aussagen untersucht, obwohl ich keine Informationen darüber finden kann, ob Pflanzen tatsächlich UV absorbieren. Es scheint, als ob sie rote und blaue Lichtwellenlängen verwenden, da sie am häufigsten von unserer Sonne emittiert werden.
@Lutro, die Pflanzen kümmern sich nicht viel um das UV, aber der Grund dafür, dass Pflanzen so viel wie möglich von den verschiedenen Wellenlängen absorbieren, ist die geringe Energieabgabe. Ein kühler roter Stern erzeugt nicht so viel Energie wie ein gelber oder blauer Stern, daher können Pflanzen nicht wählerisch sein.

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Temperatur und Leuchtkraft

Beginnen wir mit einigen Berechnungen. Aus Gründen der Argumentation nehme ich an, dass wir über einen Planeten sprechen, der mit der Erde identisch ist und einen Stern umkreist, der mit der Sonne identisch ist. Um so großzügig wie möglich zu sein, gehe ich davon aus, dass sich dieser rote Riese nur auf etwa ausdehnt ∼ 200 Sonnenradien – nur 0,93 AE – und kühlt auf etwa 2800 Kelvin ab. Daher ist sein Radius um den Faktor 200 gewachsen und seine Temperatur auf der Hauptreihe auf die Hälfte seines Wertes gesunken. Jetzt können wir den Stern als schwarzen Körper annähern, was bedeutet, dass er eine Leuchtkraft hat, die durch beschrieben wird

L ∝ R 2 T 4
nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz . Daher wird der Rote Riese eine Leuchtkraft haben ∼ 2500-mal so groß wie die Sonne - nahe dem unteren Ende der Modelle für die Zukunft unserer Sonne. Die effektive Temperatur eines Planeten skaliert als
T e f f ∝ L r 2 4
wo r ist die Entfernung zum Stern, und so wäre die Gleichgewichtstemperatur der Erde bei ihrer aktuellen Entfernung etwa das 7-fache ihres aktuellen Werts, etwa 2029 Kelvin. Nun, zum Glück für alle Lebensformen auf dem Planeten, kann der Radius der Umlaufbahn des Planeten zunehmen, wenn der Stern an Masse verliert, was während der Roten-Riesen-Phase deutlich schneller geschieht. Großzügig könnte sich die Erde auf einen Orbitalradius von bewegen ∼ 1,5 AU. Wenn wir für diesen Stern eine noch größere Massenverlustrate annehmen würden, ist es nicht allzu ausgeschlossen, dass sich die Erde bis zu 2 AE entfernen könnte. Wenn wir also die Temperatur neu berechnen, finden wir das T e f f sinkt auf 507 Kelvin oder nur noch 453 ∘ F. Hey, es ist immer noch besser als Venus!

Mögliche Anpassungen

Ich denke, das klassische Bild vom Leben auf einem Planeten, der einen Roten Riesen relativ nahe umkreist, beinhaltet eine völlig unwirtliche Oberfläche. Ich stimme zu; 453 ∘ F ist viel zu heiß für das Leben, wie wir es kennen, um ohne Schatten zu leben. Sogar Thermophile konnten nicht überleben; die berühmten Strains 121 und Strains 116 - die bei 250 leben können ∘ F - würde gekocht werden. Ich würde behaupten, dass die Dinge nachts nicht viel besser werden. Die Wärmeübertragung in der Atmosphäre eines Planeten ist unglaublich kompliziert, daher kann ich Ihnen keine genauen Zahlen nennen, aber die thermische Trägheit der Luft müsste viel, viel geringer sein als derzeit, damit nachts eine signifikante Abkühlung stattfindet. Alle Organismen, die versuchten, nachtaktiv zu leben, hätten Pech.

Wir müssen daher untertauchen, um Schutz zu suchen, was ein Problem darstellt, da dies bedeutet, dass die Photosynthese möglicherweise nicht möglich ist. Die Chemosynthese ist eine Möglichkeit, ebenso wie die Thermosynthese – die, wie ich bereits erwähnt habe , ein möglicher Stoffwechselmechanismus für das frühe Leben auf der Erde war. Wenn ich mich hier auf die Thermosynthese berufen kann, dann weise ich darauf hin, dass dieser Planet vielleicht gerade reif dafür ist, sich zu entwickeln und zu gedeihen, da Sie einen großen Wärmegradienten benötigen, um effektiv zu sein. Wie genau das umgesetzt werden könnte - nun, das überlasse ich vorerst Ihnen.

Es scheint, dass Cyanobakterien tief unter der Erde leben können und Wasserstoffgas mithilfe einer Photosynthese-ähnlichen Kette verarbeiten, die kein Licht verwendet. Es ist ziemlich unglaublich und bedeutet, dass Leben unter der Oberfläche tatsächlich möglich ist. Vielleicht könnten diese Cyanobakterien die extremen Temperaturen und Bedingungen an der Oberfläche überleben.

Rotations- und Revolutionsperioden

Nun besagt Keplers drittes Gesetz , dass die Länge der Umlaufzeit eines Planeten ( P ) bezieht sich auf seine große Halbachse ( a ) und die Masse seines Muttersterns ( M ∗ ):

P 2 = a 3 M ∗
Nun, wir haben darüber angenommen a verdoppelt und M ∗ wird ungefähr halbiert. Daher können wir sehen, dass die neue Periode der Revolution vier Jahre beträgt.

Nun sollte es keine signifikante Änderung der Tageszeit des Planeten geben, da dies eine Änderung seines Rotationsdrehimpulses mit sich bringen würde. Es gibt keine Quelle, an die es seinen Drehimpuls abgeben könnte, und da seine Masse und sein Radius gleich bleiben, bleibt auch die Länge eines Tages gleich. Dies könnte sich nur ändern, wenn es einen Mond hätte - wie die Erde. Im Laufe der Zeit übertragen Gezeitenkräfte Drehimpuls vom Planeten auf den Mond und verlangsamen seine Rotation. Sie haben nicht angegeben, ob ein Mond existiert oder nicht; Der Einfachheit halber gehe ich davon aus, dass dies nicht der Fall ist.

Mögliche Anpassungen

Ich sehe hier keine wesentlichen Änderungen. Wenn die Länge eines Tages gleich bleibt, dann ist der einzige Unterschied, dass sich das Jahr verdoppelt hat, was nicht allzu absurd erscheint. Die Jahreszeiten – so wie sie sind – werden auch doppelt so lang sein, obwohl die Veränderung ohne das wohl fehlende Oberflächenleben schwer zu erkennen sein könnte. Die einzige Auswirkung auf das Leben hier wäre, dass das verfügbare Wärmereservoir für die Thermosynthese über einen längeren Zeitraum oszillieren würde. Diese Änderung sollte jedoch gering sein und würde sicherlich nicht das Leben gefährden.

Art der einfallenden Strahlung

Dan Clarke hat etwas Wichtiges erwähnt , und ich werde darauf eingehen. Das Spektrum eines schwarzen Körpers ist nicht einheitlich; es hat einen Höhepunkt bei einer charakteristischen Wellenlänge λ max . Wir können diese Wellenlänge aus dem Wienschen Gesetz berechnen :

λ max = b T
wo b ist eine Konstante, 2,897 × 10 − 3 m ⋅ K. Damit finden wir heraus, dass die Sonne eine Spitzenwellenlänge von ungefähr 502 nm hat. Dieser rote Riese mit einer halben Sonnentemperatur hat eine Spitzenwellenlänge von 1004 nm im nahen Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums. Außerdem würde weniger ultraviolettes Licht emittiert als von einem sonnenähnlichen Stern.

Mögliche Anpassungen

Wie ich hier geschrieben habe , sind verschiedene photosynthetische Pigmente bei verschiedenen Spitzenwellenlängen effektiver. Für eine Spitzenemission um 1000 nm sind bestimmte Bakteriochlorophylle effizient . Wenn Photosynthese möglich wäre, wären die dominierenden Lebensformen violette und grüne Bakterien. Nun scheint es nicht so, als ob Photosynthese stattfinden könnte - die Oberflächentemperatur ist zu hoch. Trotzdem frage ich mich, ob es einen Ausweg gibt - vielleicht ist die Atmosphäre irgendwie extrem dicht und reduziert die Lichtmenge, die die Oberfläche erreicht, drastisch auf ein vernünftiges Maß. Wenn ja, könnten lila und grüne Bakterien die Hauptbewohner sein.

Sie haben nach Mutationen gefragt. Ultraviolettes Licht ist eine Ursache für Mutationen , und da sich die Temperatur des Sterns geändert hat, hat sich auch die Menge an ultraviolettem Licht verringert – sie ist gesunken. Dasselbe gilt für jegliche Röntgen- und Gammastrahlung (die für einen sonnenähnlichen Stern zunächst vernachlässigbar wäre). Daher sollten wir einen leichten Rückgang der Mutationsraten sehen. Aber im Freien wird es sowieso nicht viel Licht geben. Eine Ozonschicht wäre jedenfalls weniger wichtig.

Die AGB-Phase

Die Phase des asymptotischen Riesenzweigs (AGB) im Leben eines Sterns, die unmittelbar nach dem Verlassen des roten Riesenzweigs auftritt, birgt etwas andere Gefahren für das Leben auf einem umlaufenden Planeten. AGB-Sterne verlieren durch starke Sternwinde schnell an Masse , manchmal bis zu 10 − 4 M ⊙ pro Jahr! Dies ist ein großes Problem. Die Zentralsterne planetarischer Nebel – die gerade den asymptotischen Riesenast verlassen haben – können die Atmosphären umkreisender Planeten abschmelzen , und ich vermute, dass die Bedingungen während der AGB-Phase nicht günstiger wären. Mit anderen Worten, ich würde vermuten, dass es möglich ist, dass die Erdatmosphäre entfernt werden könnte.

Neben dem Massenverlustproblem gibt es noch das Problem einer stark erhöhten Leuchtkraft (evtl ∼ 10 4 L ⊙ ) ganz am Ende des asymptotischen Riesenasts. Selbst wenn der Planet seine Atmosphäre behält und selbst wenn sich der Planet weit genug entfernt, um in der bewohnbaren Zone zu bleiben, während sich sein Mutterstern auf dem Ast des Roten Riesen befindet, wird er wahrscheinlich während der AGB-Phase versengt.

Mögliche Anpassungen

Keiner. Es sei denn, die Thermosynthese funktioniert bereits.

Ich glaube, dass der Organismus, wenn er keine pflanzlichen Zellen hätte, kaltblütig werden würde, aber sie müssten sich unterirdisch anpassen, um extreme Erschöpfung zu vermeiden.

Hallo, Twimes. Kannst du deine Antwort etwas genauer erläutern? Vielen Dank.

Dies alles hängt von der Dichte der Atmosphäre dieses Planeten ab. Hat es eine gute Ozonschicht? Dann sollte Strahlung kein Problem sein. Der Planet wäre wahrscheinlich hauptsächlich von einer invasiven Pflanzenart besiedelt, da es schwierig sein könnte, längere Zeit im Dunkeln zu überleben. Tiere können auch invasiv oder wandernd sein (und sich zum Licht bewegen, wenn Pflanzen noch gesund sind (und andere Tiere noch leben)) wie Raubtiere. Vielleicht gibt es einige Tiere, die den wandernden Pflanzenfressern folgen, oder vielleicht gibt es einige Pflanzen, die Tiere als "Batterien" für die lange Nacht verwenden. Wie von Mutationen kann ich nichts sagen.

Ich würde als sichere Wette aufgrund der Sonnenstrahlung des fließenden roten Riesen sagen, dass es wahrscheinlich kein Ozon geben würde, das vor schädlicher Strahlung schützt, sodass das meiste Leben auf Wasser beschränkt wäre, wo die Strahlung absorbiert wird. Dies macht das Leben selbst auf der Wasseroberfläche unwahrscheinlich, da die Strahlung nicht vollständig vom Wasser absorbiert wird. aber schließlich konnten die Kreaturen im tiefen Wasser eine Resistenz gegen Strahlung aufbauen (wenn eine genetische Stabilisierung möglich war). und könnte schließlich Land bewohnen. obwohl eine große Anzahl von Kreaturen immer noch im Wasser leben würde.

Ich würde sagen, dass das Land relativ unfruchtbar wäre, was dazu führen würde, dass die meisten Kreaturen fleischfressend und räuberisch sind. Die Beute müsste sich anpassen, um vor den Raubtieren rennen und / oder sich verstecken zu können, was bedeutet, dass sowohl Raubtier als auch Beute schnell sein und lange rennen können müssten. Die überlebensfähigen Kreaturen würden höchstwahrscheinlich auf Algen, Moos und anderen auslaugenden Pflanzen überleben, die auf keinem / extrem wenig Boden leben können.

Eine weitere Überlegung sind die Energieflüsse des Sterns, die ihn heiß genug machen, um Teiche an einem Tag zum Kochen zu bringen, und kalt genug, um am nächsten Felsen einzufrieren. also müsste sich alles an diese konstanten Temperaturflüsse anpassen, indem es eine dicke Haut entwickelt und eine Möglichkeit hat, Wasser zu speichern, um es für heiße Tage zu verwenden, und es für kalte Tage zurückzuziehen, wodurch die Kreaturen leicht expandieren bzw. schrumpfen. Die Kreaturen müssten sich auch an die Änderungen der Lichtstärke anpassen; entweder mit großen Augen, um verfügbares Licht aufzunehmen, oder mit einem anderen Sinn. Schließlich würden die auf dem Planeten lebenden Pflanzen wahrscheinlich durch die Strahlung mutieren und allem weichen, von stacheligen Algen bis hin zu steinharten Büschen. das ist wirklich alles, was ich jetzt weiß.

Dein erster Absatz ist nicht korrekt. Der Stern wäre kühler, und so würde die UV-Emission deutlich zurückgehen. Ultraviolette Strahlung spielt im Ozonzyklus eine herausragende Rolle, und mit weniger UV-Licht gäbe es keine Bedrohung für eine Ozonschicht. Sie haben definitiv Recht damit, dass die Temperaturen extrem heiß werden, aber ich glaube nicht, dass die Temperaturänderungen drastischer wären als auf der Erde. Es gibt keinen Mechanismus, durch den die Luft nachts schnell abkühlt. Die Temperatur würde sich von der Tagseite zur Nachtseite nicht viel ändern.
Physiologische Anpassung des Lebens auf einem Planeten, der einen Roten Riesen umkreist.
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