Ein künstlerisches Konzept von Wasserwelten, die es dort draußen geben könnte (Bildnachweis: NASA)
Eine Möglichkeit, Wasserwelten außerhalb unseres Sonnensystems zu finden, könnte darin bestehen, nach Mineralien zu suchen – oder genauer gesagt, Mineralien zu untersuchen, die mit kühler Lava auf der Oberfläche von Exoplaneten vermischt sind. Denn wenn Wasser mit frischer Lava in Kontakt kommt, die gerade abkühlt, kann es die Bildung bestimmter Mineralien in der Lava anregen. Wenn man also diese Mineralien findet, kommt man dem Wasser, das sie gebildet hat, vielleicht schon sehr nahe – egal, ob dieses Wasser auf der Oberfläche eines Exoplaneten oder im Untergrund verborgen ist.
Dieses Konzept setzt natürlich voraus, dass auf einigen Exoplaneten tatsächlich erkaltete Lava vorhanden ist, die mit unseren Instrumenten untersucht werden kann – und somit irgendwann in der Vergangenheit vulkanische Aktivitäten stattgefunden haben -, aber die Chancen stehen gut für uns. Allein in unserem eigenen Sonnensystem haben wir Lavaströme auf Merkur, dem Mond, Mars und dem Jupitermond Io entdeckt. Jede felsige Welt ist wahrscheinlich irgendwann in ihrer Geschichte auch eine vulkanische Welt gewesen.
Daher hat ein Forscherteam kürzlich eine Datenbank erstellt, die Aufschluss darüber gibt, wie sich bestimmte Mineralien in erkalteter Lava auf einem Exoplaneten einem der leistungsfähigsten Instrumente der Astronomie offenbaren könnten: dem James Webb Space Telescope.
Das Studienteam beschloss, seine Aufmerksamkeit auf ein Material namens Basalt zu richten, denn dieses dunkle, feinkörnige Gestein entsteht, wenn Lava auf die Oberfläche eines Planeten fließt und dann abkühlt. Es ist außerdem eines der am häufigsten vorkommenden Gesteine in unserem Sonnensystem – und wahrscheinlich auch im Rest der Galaxie.
„Wir wissen, dass die meisten Exoplaneten Basalte produzieren“, sagte Esteban Gazel, Ingenieur an der Cornell University und Mitautor einer Studie über die Datenbank, in einer Erklärung. Gazel erklärte weiter, dass die chemische Zusammensetzung der meisten Sterne, die von uns gefundene Exoplaneten beherbergen, darauf schließen lässt, dass die Planeten aus dem richtigen Material bestehen sollten, um Basaltlava zu bilden: „Sie wird nicht nur in unserem Sonnensystem, sondern auch in der gesamten Galaxie weit verbreitet sein.“
Die Wahrheit liegt im Basalt
Der Blick auf eine Basaltplatte kann viel darüber verraten, wo und wie sie entstanden ist – einschließlich der Frage, ob es während ihrer Entstehung flüssiges Wasser gab.
Wie bereits erwähnt, kann Wasser, wenn es durch abkühlende Lava oder durch Risse im Gestein fließt, Mineralien wie Amphibol oder Serpentin bilden, die hier auf der Erde in vulkanischem Gestein vorkommen. Jedes dieser Minerale sollte charakteristische Wellenlängen von Energie absorbieren und emittieren, wie ein chemischer Fingerabdruck im Licht, und das JWST kann diese Wellenlängen auffangen. Indem das JWST das Spektrum des von einem fernen Planeten abgestrahlten Lichts misst, können die Astronomen eine Vorstellung davon bekommen, woraus die Quelle besteht.
„Wir testen basaltische Materialien hier auf der Erde, um mit Hilfe der Daten des James Webb Weltraumteleskops die Zusammensetzung von Exoplaneten zu erforschen“, sagte Gazel.
Er und seine Kollegen haben die Lichtspektren von 15 Basaltproben gemessen, die jeweils aus verschiedenen Umgebungen auf der Erde stammen und eine unterschiedliche Mineralienmischung enthalten. Mit einem Computerprogramm simulierten sie, wie diese Basaltdaten aussehen könnten, wenn sie von der Oberfläche des etwa 48 Lichtjahre entfernten Gesteinsplaneten LHS 3844b kämen, der mit dem Mid-Infrared Instrument (MIRI) des JWST beobachtet werden kann.
„Durch die Untersuchung kleiner spektraler Unterschiede zwischen den Basaltproben können die Wissenschaftler theoretisch feststellen, ob ein Exoplanet einst fließendes Oberflächenwasser oder Wasser in seinem Inneren hatte“, heißt es in der Erklärung.
Es wird jedoch noch eine Weile dauern, bis die Astronomen die Bibliothek der Basaltspektren auf die Probe stellen können. Die Messung des Spektrums von Lavaströmen, die sich über die Oberfläche einer fernen Welt verteilen, würde Dutzende oder sogar Hunderte von Stunden der Zeit des JWST in Anspruch nehmen, die sehr begehrt ist. Astronomen haben oft Glück, wenn sie nur ein paar Stunden Zeit haben, um das Teleskop auf das von ihnen gewählte Ziel auszurichten.
Eine Studie über die Datenbank wurde am 14. November in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.
