Großer Exoplanet könnte lebensfreundlich sein

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Künstlerische Darstellung des Exoplaneten „K2-18b“ (Illu.). Copyright/Quelle: Amanda Smith / University of Cambridge

Künstlerische Darstellung des Exoplaneten „K2-18b“ (Illu.).
Copyright/Quelle: Amanda Smith / University of Cambridge

Cambridge (Großbritannien) – Schon im Herbst 2019 berichteten Astronomen vom Nachweis von Wasserdampf in der Atmosphäre des 2015 entdeckten Exoplaneten „K2-18b“. Eine  Folgeanalyse der Beobachtungsdaten bestätigt nun die damaligen Vermutungen, dass es auf dem Planeten flüssiges Wasser und lebensfreundliche Bedingungen geben könnte.

Wie das Team um Dr. Nikku Madhusudhan von der University of Cambridge aktuell im Fachjournal „Astrophysical Journal Letters“ (DOI: 10.3847/2041-8213/ab7229) berichtet, umkreist der Planet seinen Stern K2-18, 124 Lichtjahre von der Erde entfernt, besitzt den 2,6-fachen Erdradius und die 8,6-fache Masse unserer Erde.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben die Beobachtungsdaten des Weltraumteleskops „Kepler“ genutzt, um die Masse, den Radius und atmosphärische Daten abzuleiten.

Während schon 2019 der Nachweis von Wasserdampf in der Atmosphäre des Planeten als Sensation gefeiert wurde, war bislang unklar, welche Bedingungen innerhalb der Atmosphäre unterhalb der oberen, wasserstoffreichen Atmosphäre vorherrschen (…Grewi berichtete).

„Wasserdampf in der Atmosphäre eines Planeten bedeutet nicht automatisch, dass dieser Planet auch lebensfreundlich ist – selbst dann nicht, wenn er -wie K2-18b es tut – seinen Stern innerhalb dessen habitabler Zone umkreist“, erläutert Madhusudhan und führt dazu weiter aus: „Um das zu untersuchen, ist es wichtig, sich ein Bild der unteren Atmosphäre zu machen, nicht zuletzt, um herauszufinden, ob dort Wasser in flüssiger Form existieren kann.“

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Aufgrund der Größe des Planeten hatten einige Wissenschaftler schon vermutet, es könne sich um eine kleine Version des Planeten Neptun handeln. Tatsächlich gehen Planetenwissenschaftler davon aus, dass derartige „Mini-Neptune“ von einer dichten Wasserstoffschicht umgeben sind, die eine Schicht aus Hoch-Druck-Wasser mit einem inneren Kern aus Fels und Eisen umhüllt. Ist diese Wasserstoffhülle zu dicht, so wären die Temperaturen und Druckverhältnisse auf Schichten von Wasser auf der Planetenoberfläche viel zu hoch, als dass darin Leben (wie wir es von der Erde kennen) existieren könnte.

In ihren neuen Untersuchungen zeigen Madhusudhan und Kollegen nun aber, dass die Wasserstoffhülle um K2-18b trotz seiner Größe genau dick genug sein könnte, um darunter lebensfreundliche Bedingungen entstehen zu lassen. Hierzu nutzten die Forscher bereits vorhandene Beobachtungsdaten zur Atmosphäre, Masse und Radius des Planeten, um daraus die Zusammensetzung und Struktur der unteren Atmosphäre sowie des Planeteninneren mit Hilfe von nummerischen Modellen und statistischen Methoden zu bestimmen.

Das Ergebnis bestätigt einmal mehr, dass die Atmosphäre nicht nur wasserstoffreich ist, sondern auch Wasserdampf enthält. Die Forscher entdeckten zudem, dass andere chemische Stoffe wie Methan und Ammoniak in deutlich niedrigeren Konzentrationen vorhanden sind, als eigentlich in solchen Atmosphären angenommen. Ob diese Werte nun auf biologische Prozesse zurückgeführt werden können, gelte es noch herauszufinden, berichten die Autoren der Studie.

Während die genaue Zusammensetzung der Atmosphäre von K2-18b noch unbekannt ist und auch die verwendeten Modelle eine ganze Reihe unterschiedlicher Szenarien als mögliche Erklärung für die Beobachtungen zulassen, zeigt das Ergebnis zumindest, dass „es gar nicht so viel Wasserstoff braucht, um alle bislang vorliegenden Beobachtungen erklären zu können.“

Die Forscher zeigen, dass die Wasserstoffhülle maximal 6 Prozent der Planetenmasse selbst einnehmen kann. Allerdings deuten die meisten ermittelten Szenarien auf deutlich niedrigere Werte hin. Der niedrigste mögliche Anteil liegt laut der Studie bei einem millionstel Anteil an der gesamten Planetenmasse und damit ähnlich dem des Anteils der Erdatmosphäre an der gesamten Erdmasse.

Besonders dann, wenn die Forscher in ihren Modellen von einer Ozean-Welt ausgehen, auf der Wasser den Planeten unterhalb der Atmosphäre bedeckt, nähern sich die Temperatur- und Druckwerte sogar jenen unserer Erdozeane an.

Die Studie zeigt, wie Exoplaneten von der mehrfachen Größe der Erde nach lebensfreundlichen Bedingungen und potentiellen Biosignaturen untersucht werden können. Nicht zuletzt sind große Planeten wie K2-18b auch ein leichteres Ziel für atmosphärische Untersuchungen selbst mit derzeitigen und zukünftigen Instrumenten. Die Autoren erhoffen sich von zukünftigen Beobachtungen mit Teleskopen der nächsten Generation noch genauere Daten, zur Verfeinerung ihrer Modelle.

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Quelle: University of Cambrige

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