Die Atmosphären von Wasserwelten

Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Künstlerische Darstellung eines hypothetischen Wasserplaneten mit zwei natürlichen Begleitern. Astronomen haben die Raten der Verflüchtigung von Wasser bei Wasserplaneten unter einer Vielzahl von Sternwind-Szenarien berechnet und kommen zu dem Ergebnis, daß mit Ozeanen bedeckte Exoplaneten um M-Sterne ihr Wasser in relativ kurzer Zeit verlieren. Luciano Mendez, 2011

Gegenwärtig sind ungefähr fünfzig Exoplaneten bekannt, deren Durchmesser von der Größe des Mars bis zu mehreren Durchmessern der Erde reichen und die zudem in der habitablen Zone ihres Sterns liegen – der Raum der Umlaufbahn, innerhalb dem es die Oberflächentemperaturen der Planeten erlauben, daß Wasser flüssig bleibt. Eine „Wasserwelt“ ist ein extremer Fall, ein Exoplanet, der per Definition von einem tiefen Ozean bedeckt ist, vielleicht Hunderte Kilometer tief, und unter diesen fünfzig sind mehrere, die Kandidaten für diese Gruppe sein könnten. Astronomen betonen, daß zumindest zwei der terrestrischen Planeten in unserem Sonnensystem, Erde und Venus, früh in ihrer Entwicklung ebenfalls Wasserwelten gewesen sein könnten.

Einer der ausschlaggebenden Faktoren bei der Feststellung, ob ein Planet wirklich bewohnbar sein könnte, ist die Existenz einer dauerhaften Atmosphäre. Die tiefen Ozeane einer Wasserwelt bilden einen Vorratsspeicher für Wasserdampf ihrer Atmosphäre und so haben Wissenschaftler versucht zu berechnen, wie stabil Ozean und Atmosphäre eines Exoplaneten sind, insbesondere gegen die Folgen einer durch Winde des Sterns verursachte Verdampfung. Da die meisten der fünfzig bekannten Beispiele ihre kleinen, heißen M-Sterne nah umkreisen, sind sie den starken stellaren Winden und verwandten Wetterereignissen im Weltraum ausgesetzt, selbst wenn ihre Temperaturen erträglich sein mögen.

CfA-Astronom Manasvi Lingam war Mitglied eines Teams von Astronomen, das die Folgen des Sternwinds auf eine Wasserwelt unter einer Vielzahl von möglichen Szenarien modellierte. Sie bezogen die Folgen stellarer Magnetfelder und koronaler Masseauswürfe sowie atmosphärische Ionisation und Auswürfe mit ein. Ihre Computersimulationen stehen in guter Übereinstimmung mit dem heutigen Erde-Sonne System, aber bei einigen extremeren Möglichkeiten, die beispielsweise bei einer Reihe von Exoplaneten um M-Sterne vorliegen könnten, ist die Situation völlig anders und die Entweichraten der Moleküle können mehr als das eintausendfache höher sein. Das Ergebnis bedeutet, daß sogar eine Wasserwelt, wenn sie einen M-Zwergstern umkreist, ihre Atmosphäre nach ungefähr einer Milliarde Jahre verlieren könnte – eine relativ kurze Zeit für die mögliche Entwicklung von Leben. Lingam hat kürzlich zwei verwandte Artikel zum gleichen Fragekomplex gemeinsam mit CfA-Astronom Avi Loeb veröffentlicht.

Literatur:

“The Dehydration of Water Worlds via Atmospheric Losses”

Chuanfei Dong, Zhenguang Huang, Manasvi Lingam, Gábor Tóth, Tamas Gombosi, and Amitava Bhattacharjee

The Astrophysical Journal Letters, 847:L4 (7pp), 2017 September 20

Risks for Life on Habitable Planets from Superflares of Their Host Stars

Manasvi Lingam and Abraham Loeb

The Astrophysical Journal, 848:41 (13pp), 2017 October 10

Reduced Diversity of Life around Proxima Centauri and TRAPPIST-1

Manasvi Lingam and Abraham Loeb

The Astrophysical Journal Letters, 846:L21 (5pp), 2017 September 10