Eine Abbildung von Trappist-1e zeigt, wie der potenziell bewohnbare Exoplanet durch die starke Strahlung seines roten Zwergsterns seiner Atmosphäre beraubt wird, während seine Planetengeschwister dabei zusehen (Bildnachweis: Robert Lea)
Wissenschaftler haben entdeckt, dass einem potenziell bewohnbaren Planeten die Atmosphäre entzogen wird, ein Prozess, der die Welt Trappist-1e möglicherweise unwirtlich für Leben macht. Die Ablösung wird offenbar durch elektrische Ströme verursacht, die entstehen, wenn der Planet um seinen roten Zwergstern kreist.
Es handelt sich um eine bedeutende Entdeckung, da das Trappist-1-System, in dem dieser Exoplanet einen kleinen roten Zwergstern umkreist, eines der Hauptziele bei der Suche nach außerirdischem Leben ist. Von den sieben felsigen, erdähnlichen Welten in diesem System befinden sich mindestens 3 in der bewohnbaren Zone, einer Region um einen Stern, die weder zu heiß noch zu kalt ist, um einem Planeten flüssiges Wasser zu ermöglichen.
Ein Planet ohne Atmosphäre kann jedoch kein flüssiges Wasser halten, selbst wenn er sich in der bewohnbaren Zone befindet, die auch als „Goldlöckchen-Zone“ bezeichnet wird. Dies zeigt, dass sich Trappist-1e zwar in der bewohnbaren Zone des 40 Lichtjahre von der Erde entfernten Roten Zwergs Trappist-1 befindet, seine Bewohnbarkeit aber möglicherweise nur von kurzer Dauer ist.
Das gleiche Phänomen, das die Atmosphäre von Trappist-1e betrifft, könnte sich auch auf die Atmosphären der anderen Planeten in dieser bewohnbaren Zone auswirken, was eine schlechte Nachricht für die Möglichkeit ist, Leben in diesem System zu finden.
Inhaltsübersicht
Wie man die Atmosphäre eines Exoplaneten abstreifen kann
Trappist-1e ist etwa erdgroß, hat aber etwa die 0,7-fache Masse unseres Planeten. Er ist der vierte Planet in der Nähe seines Sterns und umkreist ihn in nur 0,028-mal der Entfernung zwischen Erde und Sonne, wobei er eine Umkreisung in nur 6,1 Erdtagen vollzieht.
Trotz dieser Nähe ist Trappist-1 viel kleiner und kühler als die Sonne, und seine bewohnbare Zone liegt im Vergleich zur bewohnbaren Zone unseres Sterns viel näher an seiner Oberfläche. Daher ist es nicht die Strahlung dieses Roten Zwerges, die die Atmosphäre von TRAPPIST-1e abzutragen scheint, sondern ein Wind aus geladenen Teilchen, der vom Stern geblasen wird, der sogenannte „stellare Wind“.
„Wir haben uns angesehen, wie sich das Weltraumwetter während der Umlaufbahn des Planeten verändert, wobei TRAPPIST-1e sehr schnell zwischen sehr unterschiedlichen Sternwindbedingungen und Drücken wechselt, was zu einer Art pulsierender Kompression und Entspannung des planetarischen Magnetfeldes führt“, sagte Cecilia Garraffo, Teammitglied und Astrophysikerin am Harvard & Smithsonian, gegenüber kosmischeweiten.de. „Das treibt starke elektrische Ströme in der oberen Atmosphäre – der Ionosphäre – an, die die Atmosphäre wie eine elektrische Heizung aufheizen.“
Eine Illustration, die den Größenunterschied zwischen Trappist-1 und der Sonne zeigt. (Bildnachweis: Robert Lea/NASA)
Garraffo erklärte, dass auch die Erde Schwankungen des Sonnenwindes ausgesetzt ist, die eine ähnliche Erwärmung unserer Atmosphäre verursachen. Der Unterschied besteht darin, dass die von TRAPPIST-1e empfundene Erwärmung bis zu 100.000 Mal stärker ist als das, was die Erde durch den Sonnenwind erfährt. Das liegt daran, dass Trappist-1e sich schnell um seinen Stern bewegt und die Bewegung starke ionosphärische Ströme antreibt, die sich zerstreuen und eine extreme Erwärmung erzeugen, die das Team „spannungsgesteuerte Joule-Erwärmung“ nennt.
Auch wenn das Team diesen Effekt bereits 2017 vorhergesagt hatte, waren die Forscher überrascht, wie stark er sich nun erwiesen hat.
„Er könnte bei TRAPPIST-1e so stark sein, dass die Hitze die obere Atmosphäre im Wesentlichen verdampft“, sagte Garraffo. „Im Laufe von Millionen von Jahren könnte der Planet seine Atmosphäre durch dieses Phänomen vollständig verlieren.“
Die Forschung des Teams zeigt, dass es mehr als nur ein paar Möglichkeiten gibt, wie ein Planet seine Atmosphäre verlieren kann.
Teammitglied und Lowell Center for Space Science & Technology-Forscher Ofer Cohen erklärte gegenüber kosmischeweiten.de, dass der Verlust von Exoplanetenatmosphären in der Regel durch einen externen Prozess verursacht wird. Dazu gehört die starke Strahlung des Sterns, die dazu führen kann, dass sich die Atmosphäre aufheizt und entweicht, oder geladene Teilchen im Sternwind, die auf die Planeten prasseln und einen starken Strippingeffekt verursachen.
„In diesem Fall werden die Erwärmung der Atmosphäre und der daraus resultierende Verlust nur durch die schnelle Planetenbewegung angetrieben. Der Planet verdammt sich also selbst dazu, seine Atmosphäre zu verlieren, indem er sich einfach bewegt“, sagte Cohen. „Das ist so, wie wenn wir zu faul sind, das Dach unseres Autos vom Schnee zu befreien, und einfach losfahren, in der Hoffnung, dass die Luft, die sich um das Auto herum bewegt, die Arbeit für uns erledigt und den Schnee abnimmt – zumindest tun wir das in der Gegend von Boston.
„Ich finde es sehr cool, dass Planeten das mit ihrer Atmosphäre machen können.“
Was ist mit den anderen Trappist-1-Planeten?
Auf der Erde schützt unsere Magnetosphäre unsere Atmosphäre, indem sie geladene Teilchen entlang der Magnetfeldlinien und hinter unserem Planeten ableitet. Da der Mars über kein starkes Magnetfeld verfügt, wurde seine Atmosphäre durch Sonnenwinde und harte Sonnenstrahlung zerstört. Infolgedessen hat der Rote Planet wahrscheinlich sein Wasser in den Weltraum verloren.
Trappist-1e hat vermutlich auch eine Magnetosphäre, aber diese Ergebnisse zeigen, dass sie möglicherweise nicht ausreicht, um das Ablösen der Atmosphäre zu verhindern.
„Normalerweise wirkt das Magnetfeld eines Planeten wie eine schützende Blase, aber um TRAPPIST-1e ist diese Blase beeinträchtigt. Das Magnetfeld des Planeten verbindet sich mit dem des Sterns und schafft Bahnen, die es den Partikeln des Sterns ermöglichen, direkt auf den Planeten zu treffen“, so Garraffo. „Dadurch wird nicht nur die Atmosphäre abgetragen, sondern auch erheblich aufgeheizt, so dass TRAPPIST-1e und seine Nachbarn Gefahr laufen, ihre Atmosphären ganz zu verlieren.“
Das gesamte Trappist-1-System würde in die Umlaufbahn des innersten Planeten des Sonnensystems, Merkur, passen. (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech)
Trappist-1e ist der vierte Planet des roten Zwergsterns, der das Herzstück dieses faszinierenden Planetensystems aus felsigen Welten bildet. Astronomen haben zuvor entdeckt, dass Trappist-1b, der dem Stern am nächsten gelegene Exoplanet, bereits seine Atmosphäre verloren zu haben scheint.
Das Team glaubt, dass die spannungsbedingte Joule-Erwärmung auch Trappist-1f und Trappist-1g beeinträchtigen könnte, so dass sie ebenfalls ihre Atmosphären verlieren, wenn auch in geringerem Maße als bei Trappist-1e. Das liegt daran, dass sich diese Planeten mit dem 0,038- bzw. 0,04683-fachen Abstand zwischen Erde und Sonne von ihrem Stern langsamer durch die Sternwinde des Roten Zwerges bewegen als Trappist-1e.
„Näher gelegene Planeten von Trappist-1 werden ein noch extremeres Schicksal erleiden, und weiter entfernte ein etwas milderes“, sagte Garraffo. „Ich könnte mir vorstellen, dass es allen Trappist-1-Planeten schwerfallen wird, eine Atmosphäre zu behalten.“
Die Ergebnisse des Teams könnten auch außerhalb des Trappist-1-Systems von Bedeutung sein, und zwar sowohl für die Suche nach bewohnbaren Exoplaneten als auch nach Leben außerhalb des Sonnensystems. Sie deuten darauf hin, dass Exoplaneten in der Nähe ihrer Sterne wahrscheinlich ihre Atmosphären verloren haben, selbst wenn sie sich innerhalb der bewohnbaren Zone des Sterns befinden.
Die Ergebnisse könnten außerdem Hinweise darauf liefern, welche Sterne Planeten mit Molekülen beherbergen könnten, die auf das Vorhandensein von Leben hinweisen: Biomarker.
„Unsere Forschung legt nahe, dass solche massearmen Wirtssterne wahrscheinlich nicht die vielversprechendsten sind, um Planeten mit Atmosphären zu beherbergen“, schloss Garraffo. „Wir müssen herausfinden, welche Wirtssterne bewohnbare Planeten beherbergen können, und diese atmosphärischen Übergänge mit dem James Webb Space Telescope und zukünftigen Observatorien beobachten, aber auch die Technologie entwickeln, um diese Ergebnisse in Bezug auf Biomarker zu interpretieren.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am 16. Februar im Astrophysical Journal veröffentlicht.
