Astronomen bilden erstmals die Atmosphäre eines Roten Zwergplaneten ab. Spoiler-Alarm, es ist ein schrecklicher Ort zum Leben
Das Gebiet der Exoplanetenforschung wächst weiterhin sprunghaft. Dank Missionen wie der Kepler-Weltraumteleskop , Über vier tausend Planeten wurden jenseits unseres Sonnensystems entdeckt, und es werden ständig mehr bestätigt. Dank dieser Entdeckungen und allem, was wir daraus gelernt haben, hat sich der Fokus vom Entdeckungsprozess zur Charakterisierung verlagert.
So konnte eine Gruppe von Astronomen erstmals die Oberfläche eines Planeten abbilden, der einen Roten Zwergstern umkreist. Verwendung von Daten der NASA Spitzer Weltraumteleskop , konnte das Team einen seltenen Einblick in die Bedingungen auf der Planetenoberfläche . Und obwohl diese Bedingungen ziemlich unwirtlich waren – ähnlich wie im Hades, aber mit weniger Luft zum Atmen – ist dies ein großer Durchbruch in der Erforschung von Exoplaneten.
Wie sie in ihrem lernen , die kürzlich in der Zeitschrift erschienen istNatur, der von ihnen beobachtete Planet (LHS 3844b) ist ein terrestrischer (auch felsiger) Körper, der einen kühlen M-Stern (Roter Zwerg) umkreist, der 48,6 Lichtjahre von der Erde entfernt liegt. Dieser Planet wurde ursprünglich von den . entdeckt Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) im Jahr 2018, hat den 1,3-fachen Radius der Erde und umkreist ihren Stern mit einer Periode von 11 Tagen.
Künstlerische Konzeption des erdgroßen Exoplaneten LHS 3844b, der möglicherweise mit dunklem Vulkangestein bedeckt ist und wenig bis keine Atmosphäre hat. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/R. Verletzt (IPAC)
Getreu seinem Namen entdeckte TESS den Planeten mit dem Transitmethode , wo periodische Einbrüche in der Leuchtkraft des Sterns darauf hindeuten, dass ein Planet relativ zum Beobachter vor ihm vorbeizieht (auch bekannt als Transit). Bei Nachbeobachtungen mit Daten ausSpitzer'S Infrarot-Array-Kamera (IRAC) konnte das Team Licht für die Oberfläche von LHS 3844b nachweisen.
Normalerweise ist dies eine schwierige Aussicht, da das von der Oberfläche des Planeten reflektierte Licht von dem viel helleren Licht des Sterns übertönt wird. Da der Planet jedoch so nah an seinem Stern kreist, ist er wahrscheinlich „gezeitenverriegelt“ – wo eine Seite permanent dem Stern zugewandt ist. Dadurch erfährt die Tagesseite Temperaturen von etwa 770 °C (1440 °F) und strahlt viel Infrarotlicht ab.
Diese Beobachtung war das erste MalSpitzerDaten konnten Informationen über die Atmosphäre eines terrestrischen Planeten um einen Zwerg vom Typ M liefern. Dies ist besonders ermutigend, da Zwerge vom Typ M die häufigste Sternart im Universum sind und allein 75 % der Sterne in der Milchstraße ausmachen. Sie sind auch die langlebigsten und können bis zu 10 Billionen Jahre in ihrer Hauptreihenfolge verbleiben.
Leider waren die Ergebnisse weniger ermutigend, was die Suche nach „potenziell bewohnbaren“ Planeten angeht. Basierend auf der Umlaufbahn des Planeten und den Daten vonSpitzer, hat der Planet wenig bis keine Atmosphäre und ist wahrscheinlich mit abgekühltem vulkanischem Material bedeckt. Dies ist das gleiche Material, das die dunklen Mondregionen umfasst, die als mare bekannt sind, was bedeutet, dass dieser Planet wahrscheinlich dem Merkur oder dem Erdmond ähnelt.
Detektieren von Licht vom Exoplaneten LHS 3844b. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/L. Kreidberg (CfA)
Dies wurde durch die Verwendung der Oberflächenalbedo (d. h. des Reflexionsvermögens) von LHS 3844b abgeleitet, die ziemlich dunkel war. Renyu Hu, ein Exoplaneten-Wissenschaftler am Jet Propulsion Laboratory der NASA und Mitautor der Studie, kam mit seinen Kollegen zu dem Schluss, dass dies wahrscheinlich darauf zurückzuführen ist, dass die Oberfläche mit Basalt, einer Art Vulkangestein, bedeckt war.
„Wir wissen, dass die Stuten des Mondes durch uralten Vulkanismus entstanden sind“, sagte Hu, „und wir postulieren, dass dies auf diesem Planeten passiert sein könnte.“
Ein weiterer weniger ermutigender Fund war die vernachlässigbare Wärmeübertragung zwischen der Tag- und Nachtseite des Planeten. Das hat das Team durch die Messung des Temperaturunterschieds zwischen den beiden Seiten des Planeten erfahren. In dieser Hinsicht ist LHS 3844b wieder einmal vergleichbar mit Merkur und Mond – zwei Körpern, die praktisch keine Atmosphäre besitzen und massive Temperaturschwankungen zwischen Tag- und Nachtseite erfahren haben.
Wie Laura Kreidberg, Forscherin am Harvard and Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) und Hauptautorin der neuen Studie, erklärte, war das Fehlen einer Atmosphäre die wahrscheinlichste Erklärung für die extreme Variation, die sie beobachteten. „Der Temperaturkontrast auf diesem Planeten ist so groß wie nur möglich“, sagte sie. „Das passt wunderbar zu unserem Modell eines nackten Felsens ohne Atmosphäre.“
Dennoch sind die Implikationen dieser Studie recht tiefgreifend. Abgesehen davon, dass dies das erste Mal ist, dass Astronomen die Oberfläche eines Gesteinsplaneten abbilden konnten, der einen Roten Zwergstern umkreist (eine große Leistung an sich), könnte dies auch Aufschluss darüber geben, wie planetarische Atmosphären im Laufe der Zeit verloren gehen. Dies ist von größter Bedeutung, wenn es um die Suche nach potenziell bewohnbaren Planeten geht.
Betrachten Sie den Mars, auch bekannt als „Zwilling der Erde“. Während es der Erde gelungen ist, ihre Atmosphäre und damit flüssiges Wasser auf ihrer Oberfläche zu halten, verlor der Mars im Laufe von Milliarden von Jahren seine Atmosphäre bis zu einem Punkt, an dem er etwa 0,5% des Atmosphärendrucks der Erde hatte. Dies wird darauf zurückgeführt, dass der Mars sein Magnetfeld kurz nach der Entstehung und Abkühlung des Planeten verliert.
Aus diesem Grund erfuhr die Marsoberfläche einen drastischen Klimawandel, bei dem das gesamte Oberflächenwasser verloren ging. Die Untersuchung von felsigen Exoplaneten, die ihre Atmosphäre verloren haben – insbesondere solche, die den häufigsten Stern im Universum umkreisen – könnte daher Astronomen helfen, mehr über einen wichtigen Indikator für die Bewohnbarkeit zu erfahren. Als Kreidberg erklärt :
„Wir haben viele Theorien darüber, wie sich planetarische Atmosphären um M-Zwerge herum entwickeln, aber wir konnten sie nicht empirisch untersuchen. Jetzt haben wir mit LHS 3844b einen terrestrischen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, auf dem wir erstmals beobachten können, dass keine Atmosphäre vorhanden ist.“
Im Vergleich zu unserer Sonne (einem gelben Zwergstern vom Typ G) emittieren rote Zwerge vom Typ M insgesamt weniger Licht, aber viel ultraviolette Strahlung. Dies kann nicht nur in hohen Dosen lebensgefährlich sein, sondern auch die Atmosphäre eines Planeten erodieren. Außerdem sind Rote Zwerge in ihrer Jugend besonders gewalttätig und produzieren viele fackeln , was zu Strahlungs- und Partikelausbrüchen führt, die die Atmosphäre eines Planeten entfernen können.
Künstlerische Illustration eines hypothetischen Exoplaneten, der einen Roten Zwerg umkreist. Bildnachweis: NASA/ESA/G. Speck (STScI)
Zugegeben, diese neueste Studie inspiriert nicht gerade zu rosigen Aussichten für Gesteinsplaneten, die Sterne vom Typ M umkreisen. Und da es Forschungen gibt, die darauf hindeuten, dass Rote-Zwerg-Systeme die wahrscheinlichster Ort Gesteinsplaneten zu finden, die innerhalb der habitablen Zone (HZ) des Sterns kreisen, verheißt auch nichts Gutes für Studien zur Bewohnbarkeit. Aber wie Kreidberg sagte, sind diese Ergebnisse keineswegs universell:
„Ich hoffe immer noch, dass andere Planeten um M-Zwerge ihre Atmosphäre behalten können. Die terrestrischen Planeten in unserem Sonnensystem sind enorm vielfältig, und ich gehe davon aus, dass dies auch für Exoplanetensysteme gelten wird.“
Inzwischen sind Astronomen von den Ergebnissen dieser Studie begeistert, weil sie für Exoplanetenstudien bedeutet. In den kommenden Jahren wird die Einführung derJames Webb Weltraumteleskop– das über erheblich fortschrittlichere IR-Bildgebungsfähigkeiten verfügt – wird direkte Bildgebungsstudien von mehr Gesteinsplaneten ermöglichen, die rote Zwergsterne umkreisen.
Diese beinhalten Nächstes b , dem nächsten Planeten außerhalb unseres Sonnensystems und dem Sieben-Planeten-System von TRAPPIST-1 . Schon,Spizterhat sein IRAC-Instrument verwendet, um Daten über das TRAPPIST-1-System zu sammeln, die ergaben, dass einige von ihnen wahrscheinlich Wassereis enthalten. Darüber hinaus werden im nächsten Jahrzehnt mehrere bodengestützte Teleskope online gehen, die es ermöglichen, direkte bildgebende Studien von nahegelegenen Exoplaneten.
Gerade noch rechtzeitig, da die NASA plant, dieSpitzer/IRAC-Betrieb bis Februar 2020 als Maßnahme zur Kosteneinsparung. Ähnlich wieHubbleundKepler,Spitzerhat dazu beigetragen, den Weg für zukünftige Entdeckungen zu weisen!
