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Donnerstag, 27.07.2017
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Atmosphäre extrasolarer Planeten eher mars- als erdähnlich?

Computermodell gibt neue Einblicke in Gesetzmäßigkeiten der atmosphärischen Chemie

Immer mehr extrasolare Planeten werden entdeckt. Wie aber sieht es auf diesen aus? Was für eine Atmosphäre besitzen sie? Eine Antwort könnte jetzt ein von einem amerikanischen Forscher entwickeltes Computermodell liefern. Ausgehend von Daten der Planeten des Sonnensystems erlaubt es Rückschlüsse auch auf andere Himmelskörper.
Wie sieht die Atmosphäre auf extrasolaren erdähnlichen Planeten aus?

Wie sieht die Atmosphäre auf extrasolaren erdähnlichen Planeten aus?

Die jüngste Entdeckung eines erdähnlichen Planeten um den Stern Gliese 581, 20 Lichtjahre von der Erde entfernt, lösten weltweit Spekulationen darüber aus, wie Oberfläche und Atmosphäre dieses Planeten beschaffen sein könnten. Bruce Fegley, Professor für Erd- und Planetenwissenschaften an der Washington Universität in St. Louis hat, basierend auf neuen Daten von Raummissionen aber auch von spektroskopischen Daten von irdischen Teleskopen, jetzt ein Computermodell erstellt, dass bestimmte Gesetzmäßigkeiten und Muster in der atmosphärischen Chemie von Planeten aufzeigt.

Mehr Wasser bei sonnenfernen Planeten


Aktuelle Forschungen deuten darauf hin, dass es innerhalb des Sonnensystems einen klaren atmosphärischen Trend bei den Planeten gibt: „Je weiter man nach außen kommt, desto mehr Wasser findet man“, erklärt Fegley. Während der Jupiter extrem wasserarm ist, finden sich in der Saturnatmosphäre immerhin Spuren von Wasserdampf, wenn auch weniger als von anderen Gasen. Uranus und Neptun dagegen, die beiden äußersten Planeten, gelten als sehr wasserreich.

„Die Theorie geht davon aus, dass die Gasriesen, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun, primäre Atmosphären besitzen, was bedeutet, dass ihre Atmosphären während der Planetenbildung direkt aus dem solaren Urnebel eingefangen wurden“, so Fegley. Wie er erklärt, besitzt der Jupiter mehr Wasserstoff und Helium und weniger Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff als die anderen Gasriesen, was ihn sonnenähnlicher macht als die anderen Gasplaneten. „Jupiter, wie Beobachtungen der Galileo-Sonde zeigen, ist verarmt an Wasser.“ Die weiter außen liegenden Gasplaneten dagegen lassen sich am ehesten als Wasserplaneten mit relativ dünnen Gashülllen beschreiben.


Sekundäre Atmosphäre durch Ausgasung


Im Gegensatz zu den Gasriesen mit ihrer so genannten primären Atmosphäre haben erdähnliche, aus festem Gestein bestehende Planeten wie Venus, Mars und Erde, sekundäre Atmosphären: Sie entstanden nach der Planetenbildung durch Ausgasung des Gesteins. Mithilfe von photochemischen Modellen und chemischen Daten entwickelte Fegley gemeinsam mit seiner Mitarbeiterin Laura Schaefer ein Modell, dass aus den Gesetzmäßigkeiten dieser Ausgasungen ermitteln kann, wie die Atmosphäre extrasolarer erdähnlicher Planeten zusammengesetzt ist.

Mehr Ähnlichkeit mit Mars oder Venus


„Weil die Zusammensetzung unserer Galaxis relativ einheitlich ist, die meisten Sterne gleichen der Sonne und sind wasserstoffreich mit etwa den gleichen Anteilen von festen Elementen, können wir vorhersagen, wie diese planetarischen Atmosphären aussehen könnten“, so Fegley. „Ich glaube, dass die Atmosphären von extrasolaren erdähnlichen Planeten eher denen des Mars oder der Venus gleichen als der Erde.“

Auf der Erde ist die Fotosynthese der Pflanzen für einen Großteil des Sauerstoffs in der Atmosphäre verantwortlich. Ohne sie bestünde die Lufthülle primär aus Stickstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf. Gegenüber den 21 Prozent Sauerstoff der irdischen Atmosphäre sind es auf dem Mars gerade einmal ein Zehntel Prozent. Dieses stammt aus der photochemischen Zersetzung von Kohlendioxid durch UV-Licht.

“Ich sehe den Mars heute als großartiges natürliches Labor für Photochemie, die Venus für Thermochemie und die Erde für Biochemie”, erklärt Fegley. „Mars hat eine so dünne Atmosphäre, dass UV-Licht bis zur Oberfläche durchdringen kann, bevor es absorbiert wird. Auf der Erde wird dieses Licht größtenteils durch die Ozonschicht abgefangen. Die Hülle der Venus wiederum ist so dicht, dass die Wolkenschicht fast alles abfängt.“
(Washington University, 20.06.2007 - NPO)
 
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