Wissenschaftler haben herausgefunden, dass einem potenziell bewohnbaren Planeten die Atmosphäre entzogen wurde, ein Prozess, der die Welt Trappist-1e schließlich unbewohnbar machen könnte. Die Abstraktion scheint durch elektrische Ströme verursacht zu werden, die entstehen, wenn der Planet um seinen roten Zwergstern rast.
Dies ist eine wichtige Entdeckung, da das Trappist-1-System, in dem dieser Exoplanet einen kleinen Roten Zwergstern umkreist, eines der Hauptziele bei der Suche nach außerirdischem Leben war. Von den sieben felsigen, erdähnlichen Welten im System liegen mindestens drei in der bewohnbaren Zone, einer Region um einen Stern, die weder zu heiß noch zu kalt ist, als dass ein Planet flüssiges Wasser unterstützen könnte.
Allerdings kann ein Planet ohne Atmosphäre kein flüssiges Wasser speichern, selbst wenn er sich in der bewohnbaren Zone, auch „Goldlöckchen-Zone“ genannt, befindet. Dies zeigt, dass sich Trappist-1e zwar möglicherweise in der bewohnbaren Zone des Roten Zwergs Trappist-1 befindet, der sich 40 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet, seine Bewohnbarkeit jedoch möglicherweise nur von kurzer Dauer ist.
Das gleiche Phänomen, das die Atmosphäre von Trappist-1e betrifft, könnte sich auch auf die Atmosphären anderer Planeten in dieser bewohnbaren Zone auswirken, was eine schlechte Nachricht für die Möglichkeit ist, in diesem System Leben zu finden.
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Methoden zum Entfernen der Atmosphäre eines Exoplaneten
Trappist-1e ist ungefähr so groß wie die Erde, hat aber eine Masse von etwa dem 0,7-fachen der Masse unseres Planeten. Es ist der vierte Planet von seinem Stern aus, und er dreht sich in einer Entfernung, die nur 0,028-mal so groß ist wie die Entfernung zwischen der Erde und der Sonne, und er vollendet eine Umdrehung in nur 6,1 Erdentagen.
Da Trappist-1 trotz dieser Nähe viel kleiner und kühler als die Sonne ist, liegt seine bewohnbare Zone viel näher an seiner Oberfläche als die bewohnbare Zone unseres Sterns. Daher scheint es, dass es nicht die Strahlung dieses Roten Zwergs ist, die die Atmosphäre von TRAPPIST-1e zerstört, sondern vielmehr ein Wind aus geladenen Teilchen, der vom Stern ausgeht und „Sternwinde“ genannt wird.
„Wir haben untersucht, wie sich das Weltraumwetter in der Umlaufbahn des Planeten verändert, wobei TRAPPIST-1e sich sehr schnell zwischen sehr unterschiedlichen Sternwindbedingungen und -drücken bewegt, was zu einer Art pulsierender Kompression und Entspannung des Magnetfelds des Planeten führt“, sagte Cecilia Garafo von Das Team. Ein Mitglied und Astrophysiker von Harvard und Smithsonian sagte gegenüber Space.com. „Dadurch entstehen in der oberen Atmosphäre – der Ionosphäre – starke elektrische Ströme, die die Atmosphäre wie eine elektrische Heizung erhitzen.“
Auch die Erde erlebe Veränderungen im Sonnenwind, die zu einem ähnlichen Anstieg unserer Atmosphäre führen, erklärte Jarrafo. Der Unterschied besteht darin, dass die von TRAPPIST-1e empfundene Hitze bis zu 100.000 Mal stärker ist als die Hitze, die die Erde durch den Sonnenwind erfährt. Dies liegt daran, dass sich Trappist-1e schnell um seinen Stern bewegt und die Bewegung starke ionosphärische Ströme antreibt, die sich zerstreuen und intensive Wärme erzeugen, was das Team „spannungsgesteuerte Joule-Erwärmung“ nennt.
Obwohl das Team diesen Effekt bereits im Jahr 2017 erwartet hatte, waren die Forscher überrascht, wie stark sie ihn nun entdeckt haben.
„Für TRAPPIST-1e könnte es so stark sein, dass die Hitze die obere Atmosphäre verdampfen lässt“, sagte Jarrafo. „Über Millionen von Jahren könnte der Planet durch dieses Phänomen seine gesamte Atmosphäre verlieren.“
Die Forschung des Teams zeigt, dass es mehr als zwei Möglichkeiten gibt, wie ein Planet seine Atmosphäre verlieren kann.
Ofer Cohen, ein Teammitglied und Forscher am Lowell Space Science and Technology Center, sagte gegenüber Space.com, dass der Verlust exoplanetarer Atmosphären typischerweise auf einen externen Prozess zurückzuführen sei. Dazu gehören starke Strahlung des Sterns, die dazu führen kann, dass sich die Atmosphäre erwärmt und entweicht, oder geladene Teilchen im Sternwind, die Planeten wegschleudern und so einen starken Abstreifeffekt verursachen.
„In diesem Fall wird die Erwärmung und der daraus resultierende Atmosphärenverlust ausschließlich durch die schnelle Bewegung des Planeten verursacht. Der Planet ist also dazu verdammt, seine Atmosphäre allein durch seine Bewegung zu verlieren“, sagte Cohen. „Es ist, als ob wir zu faul wären, den Schnee vom Dach unseres Autos zu räumen, und dann losfahren und hoffen, dass die Luft, die um das Auto herum strömt, die Arbeit für uns erledigt und den Schnee entfernt – zumindest machen wir das.“ im Raum Boston.
„Ich finde es cool, dass Planeten das mit ihrer Atmosphäre machen können.“
Was ist mit den anderen Trappist-1-Planeten?
Auf der Erde schützt die Magnetosphäre unsere Atmosphäre, indem sie geladene Teilchen entlang magnetischer Feldlinien und aus unserem Planeten herausleitet. Dem Mars, der über kein starkes Magnetfeld verfügt, wurde seine Atmosphäre durch Sonnenwinde und starke Sonneneinstrahlung entzogen. Tatsächlich könnte der Rote Planet dadurch sein Wasser an den Weltraum verloren haben.
Es wird auch angenommen, dass Trappist-1e über eine Magnetosphäre verfügt, aber diese Ergebnisse zeigen, dass diese möglicherweise nicht ausreicht, um die Zerstörung der Atmosphäre zu verhindern.
„Normalerweise wirkt das Magnetfeld eines Planeten wie eine schützende Blase, aber um TRAPPIST-1e herum ist diese Blase beeinträchtigt“, sagte Garaffo. „Das Magnetfeld des Planeten verbindet sich mit dem Magnetfeld des Sterns und schafft Wege, die es den Teilchen des Sterns ermöglichen, auf ihn zu treffen.“ Planeten direkt.“ „Dies entzieht nicht nur der Atmosphäre, sondern erwärmt sie auch erheblich, wodurch TRAPPIST-1e und seine Nachbarn anfällig dafür werden, ihre gesamte Atmosphäre zu verlieren.“
Trappist-1e ist der vierte Planet eines Roten Zwergsterns im Herzen dieses faszinierenden Planetensystems aus Gesteinswelten. Astronomen hatten zuvor entdeckt, dass Trappist-1b, der dem Stern am nächsten gelegene Exoplanet, offenbar bereits seine Atmosphäre verloren hat.
Das Team geht davon aus, dass die durch das elektrische Potenzial verursachte Joule-Erwärmung auch Trappist-1f und Trappist-1g beeinträchtigen und ihnen ebenfalls ihre Atmosphäre entziehen könnte, wenn auch in geringerem Maße als bei Trappist-1e. Dies liegt daran, dass sich diese Planeten im 0,038- bzw. 0,04683-fachen Abstand zwischen Erde und Sonne von ihrem Stern langsamer durch den Sternwind des Roten Zwergs bewegen als Trappist-1e.
„Planeten in der Nähe von TRAPPIST-1 wird ein extremeres Schicksal ereilen, und weiter entfernte Planeten werden ein etwas gütigeres Schicksal erleiden“, sagte Jarrafo. „Ich kann mir vorstellen, dass alle Trappisten-1-Planeten Schwierigkeiten haben würden, eine Atmosphäre zu halten.“
Die Ergebnisse des Teams könnten Auswirkungen über das Trappist-1-System hinaus sowie auf die Suche nach bewohnbaren Exoplaneten und Leben außerhalb des Sonnensystems haben. Sie weisen darauf hin, dass Exoplaneten in der Nähe ihrer Sterne wahrscheinlich ihre Atmosphäre verlieren, selbst wenn sie sich innerhalb der bewohnbaren Zone dieses Sterns befinden.
Die Ergebnisse könnten auch Hinweise darauf geben, welche Sterne Planeten beherbergen könnten, die Moleküle enthalten, die auf das Vorhandensein von Leben hinweisen: Biomarker.
„Unsere Forschung legt nahe, dass solche Wirtssterne mit geringer Masse möglicherweise nicht die vielversprechendsten für die Aufnahme von Planeten mit Atmosphären sind“, schlussfolgerte Jarravo. „Identifizierung von Wirtssternen, die bewohnbare Planeten unterstützen könnten, und Überwachung dieser atmosphärischen Transite mithilfe des James Webb-Weltraumteleskops und künftiger Observatorien, aber auch Aufbau der Technologie zur Interpretation dieser Ergebnisse anhand von Biomarkern.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am 16. Februar veröffentlicht Astrophysikalisches Journal.
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