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Erneuerte Gashülle

Exoplanet im zweiten Gewand?

Künstlerische Darstellung des Planeten GJ 1132b mit der vermutlich zweiten Atmosphäre seiner Entwicklungsgeschichte. (Bild: NASA, ESA, and R. Hurt (IPAC/Caltech)

Der erdähnliche Exoplanet GJ 1132b hüllt sich vermutlich in eine neugebildete Zweit-Atmosphäre, berichten Astronomen. Die erste Gashülle hat ihm demnach sein Stern „weggeblasen“, doch dann hat er sich durch Vulkanismus eine neue Atmosphäre geschaffen. Dieses Szenario legen Untersuchungsergebnisse auf der Basis von Daten des Hubble-Weltraumteleskops der NASA nahe. Möglicherweise gibt es zahlreiche Fälle einer derartigen Entwicklungsgeschichte von Gesteinsplaneten im All, sagen die Wissenschaftler.

Der Blick richtet sich auf das System des roten Zwergsterns Gliese 1132 im Sternbild Segel. Es liegt nur rund 41 Lichtjahre von der Sonne entfernt und damit in unserer kosmischen Nachbarschaft. Bereits vor einigen Jahren haben Astronomen dort den Planeten GJ 1132b entdeckt. Den Daten zufolge handelt es sich um einen Gesteinsplaneten mit dem 1,4-fachen Radius der Erde. Durch die Nähe zu seinem Mutterstern ist er allerdings etwa so heiß wie die Venus. Besondere Aufmerksamkeit erregte der Himmelskörper, da Astronomen im Jahr 2017 nachweisen konnten, dass GJ 1132b eine Atmosphäre besitzt, deren Transparenz sich bei der Passage des Planeten vor dem Stern abzeichnet.

Einblicke in die Atmosphäre

An diese Untersuchungsergebnisse schließt sich die aktuelle Studie des internationalen Astronomenteams nun an. Sie basiert auf Daten des Hubble-Weltraumteleskops, die wiederum auf der Transit-Spektroskopie-Methode beruhen. Dabei wird das Spektrum des Lichts analysiert, das durch die Hülle des Exoplaneten schimmert, wenn er vor seinem Zentralstern vorbeizieht. Die Merkmale können dann Hinweise auf bestimmte Substanzen in der Atmosphäre liefern. Wie die Forscher berichten, geht aus ihren Ergebnissen und Modellierungen nun hervor: Die Atmosphäre von GJ 1132b besteht aus molekularem Wasserstoff, Cyanwasserstoff und Methan. Zudem enthält sie einen Aerosoldunst. Die Modellierungen legen nahe, dass dieser Schleier auf photochemisch erzeugten Kohlenwasserstoffen basiert, ähnlich wie der Smog auf der Erde.

Wie die Wissenschaftler erklären, weisen die Merkmale der Gashülle darauf hin, dass es sich um eine sekundäre Atmosphäre handelt. Sie vermuten demnach, dass GJ 1132b zunächst ein „Sub-Neptun“ war – ein Planet mit einer dicken Wasserstoffatmosphäre, der einen mehrfachen Durchmesser der Erde besessen hat. Aufgrund der intensiven Strahlung des nahen Muttersterns hat er dann allerdings seine ursprüngliche Wasserstoff- und Heliumatmosphäre verloren. So blieb sein heißer Gesteinskern von etwa der Größe der Erde übrig.

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Hinweise auf eine Neubildung

Den heutigen Wasserstoff in der Atmosphäre von GJ 1132b interpretieren die Wissenschaftler als ein indirektes Überbleibsel aus der ursprünglichen Atmosphäre: Das Gas wurde demnach einst in dem geschmolzenen Magmamantel des Planeten gebunden und anschließend langsam durch vulkanische Prozesse wieder freigesetzt. Daraus bildete sich dann der Großteil der heutigen Atmosphäre. Sie bleibt wahrscheinlich erhalten, da der ins All entweichende Wasserstoff ständig durch den Vulkanismus nachgeliefert wird, vermuten die Wissenschaftler.

„Es wurde zunächst angenommen, dass stark bestrahlte Planeten ziemlich langweilig sind, weil man glaubte, dass sie ihre Atmosphären verloren haben“, sagt Co-Autorin Raissa Estrela vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena. Doch nun wird immer deutlicher, dass das nicht unbedingt der Fall ist. Ihr Kollege Mark Swain sagt dazu: „Möglicherweise waren viele Planeten nicht von Beginn an erdähnlich. Einige könnten zunächst Sub-Neptune gewesen sein, die durch den Verlust ihrer ursprünglichen Atmosphäre zu erdähnlichen Planeten wurden. Manche konnten dann ihre Atmosphäre vielleicht regenerieren und behalten“, so der Hauptautor der Studie.

Vulkanismus durch Gezeitenkräfte

Doch warum könnte GJ 1132b einen so starken Vulkanismus besitzen, der ihm eine Regeneration der Atmosphäre ermöglicht? Auch dafür haben die Forscher eine Erklärung: Gezeitenerwärmung. Es handelt sich dabei um ein Phänomen, das auf innerer Reibung beruht, die durch die Umlaufbahn eines Himmelskörpers entstehen kann. „Bei GJ 1132b zeichnet sich ein besonders intensives Potenzial dafür ab“ so Swain. Denn der Planet befindet sich auf einer elliptischen Umlaufbahn. Besonders starke Gezeitenkräfte entstehen dabei, wenn er sich periodisch von seinem Stern entfernt und ihm wieder nahekommt. Außerdem könnte mindestens noch ein weiterer Planet im System an dem Planeten zerren, wodurch er regelrecht durchgeknetet wird. Die entstehende Reibungserwärmung hält den Mantel vermutlich zu einem Großteil flüssig und sorgt für Vulkanismus, erklären die Forscher. Sie vermuten, dass die Kruste von GJ 1132b extrem dünn ist – vielleicht nur ein paar hundert Meter dick. Das flache Terrain könnte demnach von Rissen durchzogen sein, aus denen Wasserstoff und andere Gase freigesetzt werden, erklären die Wissenschaftler.

Weitere Untersuchungsmöglichkeiten des spannenden Himmelskörpers erhoffen sie sich nun vom scharfen Blick des geplanten James-Webb-Weltraumteleskops der NASA, das noch dieses Jahr ins All starten soll. Seine Infrarotsicht könnte es den Astronomen ermöglichen, bis auf die Oberfläche des Planeten zu sehen. „Wenn es dort Magmapools oder Vulkanismus gibt, werden wir diese Bereiche vielleicht erkennen können“, sagt Swain.

Quelle: NASA, Fachartikel: The Astronomical Journal, doi: arxiv.org/abs/2103.05657

Video: NASA Goddard Space Flight Center

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