Neue Technik könnte den Atmosphärendruck von Exoplaneten messen, ein Indikator für die Bewohnbarkeit

Die Messung des atmosphärischen Drucks eines entfernten Exoplaneten mag wie eine gewaltige Aufgabe erscheinen, aber Astronomen der University of Washington haben jetzt eine neue Technik entwickelt, um genau das zu tun.

Als die Entdeckungen von Exoplaneten erstmals Einzug hielten, legten Astronomen Wert darauf, Planeten innerhalb der bewohnbaren Zone zu finden – das Band um einen Stern, in dem Wasser weder gefriert noch kocht. Die Charakterisierung der Umwelt und Bewohnbarkeit eines Exoplaneten hängt jedoch nicht nur von der Oberflächentemperatur des Planeten ab.

Der atmosphärische Druck ist ebenso wichtig, um abzuschätzen, ob die Oberfläche eines Exoplaneten wahrscheinlich flüssiges Wasser enthalten kann oder nicht. Jeder, der mit Camping in großer Höhe vertraut ist, sollte gut verstehen, wie Druck den Siedepunkt von Wasser beeinflusst.

Die von Amit Misra, einem Doktoranden, entwickelte Methode beinhaltet die Isolierung von „Dimeren“ – gebundenen Molekülpaaren, die dazu neigen, sich bei hohem Druck und hoher Dichte in der Atmosphäre eines Planeten zu bilden – nicht zu verwechseln mit „Monomeren“, die einfach frei schweben Moleküle. Obwohl es viele Arten von Dimeren gibt, konzentrierte sich das Forschungsteam ausschließlich auf Sauerstoffmoleküle, die temporär durch Wasserstoffbrückenbindungen aneinander gebunden sind.

Wir können indirekt Dimere in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdecken, wenn der Exoplanet vor seinem Wirtsstern wandert. Wenn das Licht des Sterns eine dünne Schicht der Atmosphäre des Planeten durchdringt, absorbieren die Dimere bestimmte Wellenlängen davon. Sobald das Sternenlicht die Erde erreicht, wird es mit den chemischen Fingerabdrücken der Dimere geprägt.

Dimere absorbieren Licht in einem charakteristischen Muster, das aufgrund der Rotationsbewegung der Moleküle typischerweise vier Peaks aufweist. Die Absorptionsmenge kann sich jedoch je nach atmosphärischem Druck und Dichte ändern. Dieser Unterschied ist bei Dimeren viel ausgeprägter als bei Monomeren, sodass Astronomen aufgrund des Verhältnisses dieser beiden Signaturen zusätzliche Informationen über den Atmosphärendruck gewinnen können.

Während bereits im letzten Jahr Wasserdimere in der Erdatmosphäre entdeckt wurden, könnten leistungsstarke Teleskope, die demnächst online gehen werden, es Astronomen ermöglichen, diese Methode zur Beobachtung entfernter Exoplaneten einzusetzen. Das Team analysierte die Wahrscheinlichkeit der Verwendung des James Webb-Weltraumteleskops für eine solche Erkennung und fand es schwierig, aber möglich.

Der Nachweis von Dimeren in der Atmosphäre eines Exoplaneten würde uns nicht nur helfen, den Atmosphärendruck und damit den Wasserzustand an der Oberfläche zu bewerten, sondern auch andere Biosignatur-Marker. Sauerstoff ist direkt mit der Photosynthese verbunden und wird in der Atmosphäre eines Exoplaneten höchstwahrscheinlich nicht reichlich vorhanden sein, es sei denn, er wird regelmäßig von Algen oder anderen Pflanzen produziert.

„Wenn wir also einen guten Zielplaneten finden und Sie diese Dimermoleküle nachweisen könnten – was in den nächsten 10 bis 15 Jahren möglich sein könnte –, würde Ihnen das nicht nur etwas über den Druck sagen, sondern Ihnen tatsächlich sagen, dass es auf diesem Planeten Leben gibt.“ “, sagte Misra in einer Pressemitteilung.

Das Papier wurde in der Februar-Ausgabe der Astrobiology veröffentlicht und steht zum Download bereit Hier.