Wissenschaft

Forscher glauben, ein Planet habe seine ursprüngliche Atmosphäre verloren und eine neue gebaut

Vergrößern Künstlerische Vorstellung vom Planeten von der Größe der Erde und ihrer Atmosphäre.

Die Atmosphäre, mit der die meisten Planeten beginnen, ist oft nicht die gleiche, mit der sie enden. Das meiste Gas, das bei der Bildung eines Sonnensystems vorhanden ist, ist Wasserstoff und Helium. Wenn Sie jedoch durch die felsigen Planeten unseres Sonnensystems schauen, sehen Sie drei sehr unterschiedliche Atmosphären (und eine sehr schwache), wobei Wasserstoff und Helium relativ kleine Bestandteile sind. Und wenn wir die Gelegenheit erhalten, die Atmosphären von Exoplaneten zu betrachten, sollten wir eine bessere Perspektive auf alle Möglichkeiten erhalten, wie sich Atmosphären ändern können, wenn ihre Planeten altern.

Diese Woche berichtete ein internationales Team von Astronomen, dass sie eine Atmosphäre auf einem Planeten gefunden hatten, auf der keine zu erwarten war. Und die Astronomen vermuten, dass es sich tatsächlich um die zweite Atmosphäre des Planeten handelt, die durch vulkanische Aktivität erzeugt wird, nachdem die erste früh in der Geschichte des Planeten abgekocht ist.

Bildatmosphären

Im Allgemeinen verfügen wir derzeit nicht über die Technologie, um Exoplaneten abzubilden, es sei denn, sie sind sehr groß und jung und befinden sich in beträchtlicher Entfernung von dem Stern, den sie umkreisen. Dennoch können wir immer noch ein Gefühl dafür bekommen, was in ihrer Atmosphäre vor sich geht. Dazu müssen wir einen Planeten beobachten, der entlang der Sichtlinie zwischen der Erde und ihrem Stern verläuft. Während eines Transits wandert ein kleiner Prozentsatz des Lichts des Sterns auf seinem Weg zur Erde durch die Atmosphäre des Planeten und interagiert mit den dort vorhandenen Molekülen.

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Diese Moleküle hinterlassen eine Signatur im Lichtspektrum, das die Erde erreicht. Es ist eine äußerst vage Signatur, da das meiste Licht des Sterns nicht einmal die Atmosphäre sieht. Durch Kombinieren der Daten von mehreren Beobachtungstagen ist es jedoch möglich, diese Signatur vom Rauschen zu unterscheiden.

Das haben Wissenschaftler mit GJ 1132 b gemacht, einem extrasolaren Planeten, der einen kleinen Stern etwa 40 Lichtjahre von der Erde entfernt umkreist. Der Planet ist ungefähr so ​​groß wie die Erde und ungefähr 1,5-mal so groß wie seine Masse. Es kreist auch extrem nahe an seinem Wirtsstern und vollendet eine vollständige Umlaufbahn in nur 1,6 Tagen. Das ist nah genug, um sicherzustellen, dass der GJ 1132 b trotz seines kleinen, schwachen Sterns extrem heiß ist.

Es ist so nah und heiß, dass die Forscher schätzen, dass es derzeit etwa 10.000 Kilogramm Atmosphäre pro Sekunde verliert. Da erwartet wurde, dass der Wirtsstern zu Beginn seiner Geschichte heller sein würde, schätzten die Forscher, dass GJ 1132 b in den ersten 100 Millionen Jahren seines Bestehens eine Atmosphäre von angemessener Größe verloren hätte. Tatsächlich schätzten die Forscher im Laufe des Lebens des Planeten, dass er eine Atmosphäre verloren haben könnte, die ungefähr fünfmal so groß ist wie die aktuelle Masse des Planeten – so etwas konnte man sehen, wenn der überlebende Planet der Kern eines Mini-Neptun war. .

(Diese Zahlen weisen einige Unsicherheiten auf, die darauf beruhen, wie oft sein Stern energiereiche Teilchen emittiert und wie stark das Magnetfeld des Planeten ist. Sie sind jedoch nicht groß genug, um eine Atmosphäre für die gesamten 5 Milliarden des Planeten aufrechtzuerhalten. Jahre Geschichte.)

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Daher waren die Forscher wahrscheinlich überrascht, dass der Planet auf der Grundlage von Daten von Hubble eine Atmosphäre zu haben scheint.

Wie ist das hierher gekommen?

Eine mögliche Erklärung dafür ist, dass sich der Planet in kühlerer Entfernung vom Stern gebildet hat und dann nach innen gewandert ist. Das würde aber bedeuten, dass wir GJ 1132 b in einem relativ engen Zeitfenster eingefangen haben: zwischen dem Erreichen nahe genug am Stern, um seine Atmosphäre zu verlieren, aber bevor sich all diese Atmosphäre im Weltraum erwärmt hatte. Es ist wahrscheinlicher, dass sich der Planet in der Nähe seines Standortes gebildet hat und eine zweite Atmosphäre erzeugt hat, nachdem die erste verloren gegangen ist.

Glücklicherweise könnten die von Hubble bereitgestellten Daten eine Vorstellung davon geben, was sich in der Atmosphäre befindet. Die Signatur, die die Moleküle in der Atmosphäre im Sternenlicht hinterlassen, gibt einen Hinweis darauf, was sie sein könnten. Diese Angaben sind kompliziert – da es viele Moleküle mit Signaturen gibt, die sich in einigen Bereichen des Spektrums teilweise überlappen, in anderen jedoch nicht – und sie verursachen Komplikationen. Es ist jedoch möglich, das Signal aus der Atmosphäre des Planeten zu betrachten und Kombinationen von Molekülen zu identifizieren, die mit diesem Signal kompatibel sind.

Die Forscher entdecken, dass sich wahrscheinlich einige Aerosole in der Atmosphäre befinden. Und seine Zusammensetzung wäre auf einem anderen Planeten wirklich nicht überraschend: hauptsächlich Methan, Ethan, Wasserstoff und Cyanwasserstoff. Aber denken Sie daran, der ganze Grund, warum diese Atmosphäre interessant ist, ist, dass der Planet seine Atmosphäre zu Beginn seiner Geschichte hätte verlieren sollen – und der gesamte Wasserstoff damit verschwunden sein sollte.

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Magma

Das Forschungsteam schlägt jedoch eine mögliche Lösung für dieses Rätsel vor. Zu Beginn der Geschichte des Planeten sollte er sowohl eine wasserstoffreiche Atmosphäre als auch eine Oberfläche haben, die ein Magma-Ozean war. Jüngste Studien haben gezeigt, dass eine große Menge Wasserstoff möglicherweise in Magma gespeichert werden und sich beim Abkühlen des Planeten unter der Kruste verfangen kann.

Kann aber nicht für immer gefangen werden. Die Astronomen schlagen vor, dass der Planet heiß sein sollte, teilweise wegen der großen Menge an Strahlung, die er von seinem extrem nahe gelegenen Stern aufnimmt, aber auch wegen der Gezeitenkräfte, die durch die Schwerkraft des Sterns auf seine Kruste ausgeübt werden. Dies sollte ausreichen, um die Kruste dünn und flexibel zu halten und einen großflächigen Vulkanismus zu ermöglichen. Sie legen daher nahe, dass die aktuelle Atmosphäre durch vulkanische Aktivität gebildet und ergänzt werden könnte, wobei wasserstoffreiches Magma seine unterschiedliche Zusammensetzung erzeugt.

Offensichtlich wird dies nicht am einfachsten zu bestätigen sein, obwohl die Ankunft des James Webb-Weltraumteleskops neue Bereiche des Spektrums eröffnen wird, um eine unabhängige Kontrolle über die geschätzte Zusammensetzung der Atmosphäre zu ermöglichen. Die beste Kontrolle besteht jedoch darin, einfach zu entdecken, dass diese Art von Sekundäratmosphäre auf anderen Exoplaneten auftritt. Und angesichts des Interesses, ihre Atmosphären abzubilden, müssen wir möglicherweise nicht lange darauf warten.

Das arXiv. Abstrakte Nummer: 2103.05657 Über das arXivVeröffentlichung im Astronomical Journal.

Lili Falk

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