Seit 1992 der erste Exoplanet bestätigt wurde, haben Astronomen Tausende von Welten außerhalb unseres Sonnensystems gefunden. Da ständig mehr Entdeckungen gemacht werden, hat sich der Fokus der Exoplanetenforschung langsam von der Exoplaneten-Entdeckung zur Exoplaneten-Charakterisierung verlagert. Im Wesentlichen versuchen Wissenschaftler nun, die Zusammensetzung von Exoplaneten zu bestimmen, um festzustellen, ob sie Leben unterstützen könnten oder nicht.
Ein wichtiger Teil dieses Prozesses besteht darin, herauszufinden, wie viel Wasser auf Exoplaneten vorhanden ist, was für das Leben, wie wir es kennen, unerlässlich ist. Während einer kürzlich durchgeführten wissenschaftlichen Konferenz präsentierte ein Team von Wissenschaftlern neue Forschung Dies deutet darauf hin, dass Wasser wahrscheinlich ein Hauptbestandteil dieser Exoplaneten ist, die zwischen zwei bis viermal so groß wie die Erde sind. Diese Erkenntnisse werden schwerwiegende Auswirkungen auf die Suche nach Leben außerhalb unseres Sonnensystems haben.
Die Forschung war Gegenstand einer Präsentation mit dem Titel „ Wachstumsmodell-Interpretation der Planetengrößenverteilung “, die am . stattfand Goldschmidt-Konferenz 2018 In Boston. Während einer Sitzung mit dem Titel „ Die Rolle der extremen atmosphärischen Flucht von heißen Exoplaneten “ präsentierte das Team Ergebnisse, die darauf hindeuteten, dass Wasserwelten häufiger vorkommen als bisher angenommen.
Künstlerische Darstellung einer Wasserwelt. Eine neue Studie legt nahe, dass Planeten, die ein Vielfaches der Masse und des Radius der Erde haben, Wasserwelten sein könnten. Bildnachweis: David A. Aguilar (CfA)
Diese Ergebnisse basieren auf Daten der Kepler-Weltraumteleskop und Gaia Mission, die von einem internationalen Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Dr. Li Zeng – einem Forscher des Department of Earth and Planetary Sciences der Harvard University – analysiert wurden. Wie sie angedeutet haben,KeplerMission hat die Radien von über 4000 Exoplaneten-Kandidaten zusammen mit ihren Umlaufzeiten und anderen Parametern genau gemessen.
Diese Exoplanetenkandidaten können in zwei Größenkategorien eingeteilt werden: solche mit einem 1,5-fachen Erdradius und solche mit durchschnittlich etwa 2,5 Erdradien. Kombiniert mit Masse- und aktuellen Radiusmessungen aus demGaiaMission konnte das Team ein Modell der inneren Struktur dieser Planeten entwickeln. Während angenommen wird, dass Planeten, die in die erstere Kategorie fallen, felsig sind, werden letztere im Allgemeinen als Supererden bis hin zu neptungroßen Gasriesen angesehen.
Nach dem von Li und seinen Kollegen entwickelten Modell könnten jedoch viele der bestätigten Exoplaneten, die zwischen zwei bis viermal so groß wie die Erde sind, tatsächlich Wasserwelten sein. Auf diesen Planeten bestehen etwa 50 % der Masse aus Wasser, während Wasser nur 0,2 % der Erdmasse ausmacht. Als Dr. Zeng erklärt während der Präsentation:
„Es war eine große Überraschung, zu erkennen, dass es so viele Wasserwelten geben muss… Wir haben uns die Beziehung zwischen Masse und Radius angeschaut und ein Modell entwickelt, das die Beziehung erklären könnte. Das Modell zeigt, dass Exoplaneten mit einem Radius von etwa x1,5 Erdradius dazu neigen, Gesteinsplaneten zu sein (von typischerweise x5 der Masse der Erde), während solche mit einem Radius von x2,5 Erdradius (mit einer Masse von etwa x10 der Erde) sind wahrscheinlich Wasserwelten“.
Künstlerische Darstellung eines hypothetischen Ozeanplaneten mit zwei natürlichen Satelliten. Quelle: Wikipedia Commons/Lucianomendez
Betrachtet man jedoch die Bahneigenschaften dieser Planeten (d. h. wie nah sie um ihre jeweiligen Sterne kreisen), zeichnet sich ein sehr interessantes Bild ab. Wie Li erklärte, handelt es sich bei diesen „Wasserwelten“ nicht so sehr um felsige Planeten, die von tiefen Ozeanen bedeckt sind, sondern um einen völlig neuen Planetentyp, für den es im Sonnensystem kein Äquivalent gibt.
„Das ist Wasser, aber nicht so üblich hier auf der Erde. Ihre Oberflächentemperatur wird voraussichtlich im Bereich von 200 bis 500 Grad Celsius liegen“, sagte er. „Ihre Oberfläche kann in eine wasserdampfdominierte Atmosphäre gehüllt sein, mit einer darunter liegenden flüssigen Wasserschicht. Wenn man tiefer geht, würde man erwarten, dass sich dieses Wasser in Hochdruckeis verwandelt, bevor wir den festen felsigen Kern erreichen. Das Schöne an dem Modell ist, dass es erklärt, wie die Zusammensetzung mit den bekannten Fakten über diese Planeten zusammenhängt.“
Vielleicht noch überraschender war, wie häufig diese Planeten zu sein scheinen. Laut ihrer Studie gaben Li und seine Kollegen an, dass etwa 35% aller bekannten Exoplaneten, die größer als die Erde sind, wasserreich sein sollten. Darüber hinaus vermuten sie, dass sie sich wahrscheinlich auf ähnliche Weise gebildet haben, wie man glaubt, dass sich die Kerne von Gasriesen gebildet haben – ein felsiger Kern, der von Schichten flüchtigen Materials umgeben ist, die durch Druck fest werden.
Natürlich hat diese Entdeckung erhebliche Auswirkungen auf die Suche nach Leben außerhalb unseres Sonnensystems. Bis jetzt war die Idee, dass Wasser für das Leben, wie wir es kennen, lebensnotwendig ist, für Wissenschaftler eine ausgemachte Sache. Aber wenn diese Studie richtig ist, dann scheint es, dass Wasser auf Exoplaneten viel reichlicher vorhanden ist als zuvor und ein Hindernis für das Leben, wie wir es kennen, sein könnte.
Künstlerische Darstellung eines „Augapfel“-Planeten, einer Wasserwelt, in der die der Sonne zugewandte Seite einen Ozean mit flüssigem Wasser aufrechterhalten kann. Bildnachweis und Copyright: eburacum45/ DeviantArt
Wenn Wasserwelten tatsächlich aus heißen, dampfenden Atmosphären und dichten Eisschichten bestehen, die näher an ihren Kernen liegen, dann wäre es schwierig für das Leben auf diesen Welten. Grundsätzlich würden die extreme Hitze und der fehlende Zugang zu ausreichend Sonnenlicht, hydrothermale Aktivität und Landmassen für eine ziemlich lebensfeindliche Umgebung sorgen. Dennoch bietet die Studie einige faszinierende Möglichkeiten, Exoplaneten zu charakterisieren und zu sehen, was es da draußen gibt.
Mit Blick in die Zukunft sind Li und seine Kollegen zuversichtlich, dass das neu eingeführte Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) findet noch viele weitere dieser Wasserwelten. Darauf folgen dann bodengestützte Teleskope – und die demnächst auf den Markt kommende James Webb Weltraumteleskop (JWST) – die spektroskopische Messungen liefern wird, die Wissenschaftlern helfen werden, die Zusammensetzungen und Atmosphären dieser Planeten zu charakterisieren.
Als Professorin Sara Seager, Professorin für Planetary Science am Massachusetts Institute of Technology (MIT) und stellvertretende wissenschaftliche Direktorin der TESS-Mission, genannt :
„Es ist erstaunlich, sich vorzustellen, dass die rätselhaften Exoplaneten mittlerer Größe Wasserwelten mit riesigen Wassermengen sein könnten. Hoffentlich können zukünftige Atmosphärenbeobachtungen – von dicken Dampfatmosphären – die neuen Erkenntnisse unterstützen oder widerlegen.“
In der Zwischenzeit gibt es noch viele felsige Welten, die nach Lebenszeichen erkundet werden können!
Weiterlesen: Heureka-Alarm! , Goldschmidt2018
