Eine Studie mit Messungen des James Webb Space Telescope (JWST) legt nahe, dass der Exoplanet 55 Cancri e eine sekundäre Atmosphäre besitzt, die von einem Magmaozean ausgegast wird. Statt aus verdampftem Gestein könnte die Atmosphäre reich an CO2 und CO sein. Dies ist der erste Nachweis einer sekundären Atmosphäre um einen Gesteinsplaneten und ist für die Exoplanetenforschung von Bedeutung, da die Bildung und Erhaltung einer gasreichen Atmosphäre durch einen Gesteinsplaneten der Schlüssel zur Bewohnbarkeit ist.
Exoplaneten (also Planeten außerhalb des Sonnensystems) stehen im Mittelpunkt der Suche nach Spuren außerirdischen Lebens. Die Entdeckung und Charakterisierung von Exoplaneten in den Sternsystemen sind wichtig für die Untersuchung bewohnbarer erdähnlicher Planeten mit Umgebungen und Bedingungen, die Leben ermöglichen.
Die ersten Exoplaneten wurden in den 1990er Jahren entdeckt. Seitdem wurden in den letzten Jahrzehnten über 5000 Exoplaneten entdeckt. Fast alle davon wurden in unserer Heimatgalaxie Milchstraße gefunden. Ein Exoplaneten in einer externen Galaxie wurde erstmals im Jahr 2021 entdeckt.
Exoplaneten mit felsigem Gelände und sekundärer Atmosphäre sind für die Astronomen von besonderem Interesse, da solche Exoplaneten haben wahrscheinlich erdähnliche Bedingungen. Die Sekundäratmosphäre entsteht durch das Ausgasen von im warmen Erdmantel eingeschlossenen Materialien an die Oberfläche des Planeten. Bei terrestrischen Planeten geht die Primäratmosphäre aus leichten Gasen wie Wasserstoff und Helium, die während der ursprünglichen Entstehung des Planeten angesammelt wurden, aufgrund der niedrigeren Oberflächentemperatur und der Fluchtgeschwindigkeit des Planeten verloren.
Der Exoplanet 55 Cancri e
Der Exoplanet 55 Cancri e ist ein heißer, felsiger Exoplanet, der 41 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Krebs liegt. Er besteht überwiegend aus Gestein und hat eine Gleichgewichtstemperatur von etwa 2,000 K. Er umkreist den sonnenähnlichen Stern 55 Cancri und wird als Supererde eingestuft (da er einen doppelt so großen Durchmesser wie die Erde und eine etwas größere Dichte hat). Seine Zusammensetzung ähnelt wahrscheinlich der von Gesteinsplaneten im Sonnensystem.
Frühere Studien dieses Exoplaneten deuteten auf eine Atmosphäre mit hohem Gehalt an flüchtigen Stoffen hin. Die Ergebnisse sprachen gegen die Existenz von H2/He-dominierte Primäratmosphäre, aber es konnte nicht ausgeschlossen werden, dass die Gashülle aus verdampftem Gestein besteht, da der Planet heiß genug ist, um die Verdampfung von geschmolzenem Gestein zu ermöglichen. Es konnte nicht gesagt werden, ob die Atmosphäre dieses E-Exoplaneten sekundär durch Ausgasen von im warmen Mantel eingeschlossenen Materialien an die Oberfläche des Planeten gebildet wurde.
Die Sekundäratmosphäre entwickelt sich nach der Entstehung ursprünglich leichterer Gase (hauptsächlich H2 und He) gehen verloren, wenn der Planet abkühlt. Es entsteht durch Ausgasungen aus dem Inneren des Planeten an die Oberfläche aufgrund von Vulkanen oder tektonischen Aktivitäten. Die Atmosphären von Venus, Erde und Mars sind beispielsweise Sekundäratmosphären. Das Vorhandensein einer Sekundäratmosphäre in einem Exoplaneten deutet auf eine weitere Entwicklung eines Planeten im Frühstadium hin zu einer möglichen Bewohnbarkeit hin.
JWST-Untersuchung des Exoplaneten 55 Cancri e
Die Messungen des thermischen Emissionsspektrums des Exoplaneten 55 Cancri e durch die Instrumente an Bord des James Webb Space Telescope (JWST) haben die Möglichkeit ausgeschlossen, dass die Atmosphäre aus verdampftem Gestein besteht. Die neuen Erkenntnisse deuten darauf hin, dass die Atmosphäre aus einem Magmaozean ausgast und wahrscheinlich reich an CO ist.2 und CO.
Dies stellt eine bedeutende Entwicklung in der Exoplanetenforschung dar. Es ist das erste Mal, dass ein Exoplanet eine ihn umgebende Atmosphäre besitzt, die aus ausgegasten Materialien aus dem Inneren besteht (eine sekundäre Atmosphäre).
Erde, Venus und Mars in unserem Sonnensystem waren in der Vergangenheit von einem Magmaozean bedeckt, bei dem Atmosphäre, Oberfläche und Inneres zusammenspielten. Daher könnte uns die neue Entwicklung helfen, die frühen Bedingungen von Erde, Venus und Mars besser zu verstehen und wie ein Gesteinsplanet eine gasreiche Atmosphäre erhält und aufrechterhält, eine Grundvoraussetzung für die Bewohnbarkeit eines Planeten.
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References:
- JPL. Exoplaneten – NASAs Webb deutet auf mögliche Atmosphäre um felsigen Exoplaneten hin. Gepostet am 8. Mai 2024. Verfügbar unter https://www.jpl.nasa.gov/news/nasas-webb-hints-at-possible-atmosphere-surrounding-rocky-exoplanet
- Hu, R., et al 2024. Eine sekundäre Atmosphäre auf dem felsigen Exoplaneten 55 Cancri e. Nature 630, 609–612. Veröffentlicht: 08. Mai 2024. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07432-x
- University of Oregon. Seiten – Primäre und sekundäre Atmosphäre. Verfügbar unter https://pages.uoregon.edu/jschombe/ast121/lectures/lec14.html
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