Zu den extremsten Planeten, die jenseits unseres Sonnensystems entdeckt wurden, gehören Lava-Planeten – sengend heiße Welten, die ihren Zentralstern in so geringer Entfernung umkreisen, dass manche Regionen auf ihnen wahrscheinlich Ozeane aus geschmolzener Lava sind. Laut Forschern der McGill University, der York University und des Indian Institute of Science Education sind die Atmosphäre und der Wetterkreislauf auf mindestens einem solchen Exoplaneten sogar noch seltsamer: Es geht um die Verdampfung und den Niederschlag von Gestein, überschallschnelle Winde, die mit über 5.000 Kilometern pro Stunde toben, und einen 100 Kilometer tiefen Magmaozean.
In einer Studie, die in den Monthly Notices oft he Royal Astronomical Society veröffentlicht wurde, nutzen die Wissenschaftler Computersimulationen, um die Bedingungen auf K2-141b vorherzusagen. Das ist demnach ein erdgroßer Exoplanet mit einer Oberfläche, einem Ozean und einer Atmosphäre, die alle aus denselben Bestandteilen bestehen: Gestein. Das in ihren Analysen vorhergesagte Extremwetter könnte die Oberfläche und Atmosphäre von K2-141b im Laufe der Zeit permanent verändern.
“Die Studie ist die erste, die Vorhersagen über die Wetterbedingungen auf K2-141b trifft, welche mit Teleskopen der nächsten Generation wie dem James Webb Space Telescope aus einer Entfernung von hunderten Lichtjahren registriert werden können”, sagte der Hauptautor Giang Nguyen, ein Doktorand an der York University. Nguyen arbeitete unter Aufsicht von Professor Nicolas Cowan von der McGill University an der Studie.
Zwei Drittel des Exoplaneten sind endlosem Tageslicht ausgesetzt
Durch die Analyse der Helligkeitsmuster auf dem Exoplaneten entdeckte das Team, dass etwa zwei Drittel von K2-141b ständig dem Tageslicht ausgesetzt sind – nicht nur die beleuchtete Hemisphäre, wie wir es von der Erde kennen. K2-141b gehört zu einer Unterklasse der Gesteinsplaneten, die ihren Stern in sehr geringer Entfernung umkreisen. Diese Nähe hält den Exoplaneten gravitativ fest, so dass eine Seite immer dem Stern zugewandt ist.
Die Nachtseite erfährt kalte Temperaturen unter -200 Grad Celsius. Die Tagseite des Exoplaneten erreicht dagegen geschätzte 3.000 Grad Celsius. Das ist heiß genug, um nicht nur Gestein zu schmelzen, sondern es auch zu verdampfen und in manchen Regionen letztendlich eine Atmosphäre zu erschaffen. “Unser Ergebnis bedeutet wahrscheinlich, dass sich die Atmosphäre ein wenig über die Küste des Magmaozeans hinaus erstreckt, was die Beobachtung mittels Weltraumteleskopen leichter macht”, sagte Nicolas Cowan, Professor am Department of Earth & Planetary Sciences an der McGill University.
Wie der irdische Wasserkreislauf – nur mit Gestein
Bemerkenswerterweise besitzt die von der extremen Hitze erschaffene Gesteinsdampfatmosphäre Niederschlag. Genau wie beim irdischen Wasserkreislauf, bei dem Wasser verdampft, in die Atmosphäre aufsteigt, kondensiert und als Regen zurückfällt, so tun das auch das Natrium, das Siliziummonoxid und Siliziumdioxid auf K2-141b. Auf der Erde fließt Regen zurück in die Ozeane, von wo es wieder verdampfen wird und der Kreislauf von vorn beginnt. Auf K2-141b wird der aus dem verdampften Gestein gebildete Mineraldampf durch überschallschnelle Winde auf die Nachtseite des Planeten befördert, wo das Gestein wieder in einen Magmaozean hinabregnet. Die resultierenden Ströme fließen zurück auf die heiße Tagseite des Planeten, wo das Gestein erneut verdampft.
Der Kreislauf auf K2-141b sei nicht so stabil wie jener auf der Erde, sagen die Forscher. Der Rückfluss des Magmaozeans auf die Tagseite ist langsam, und daher sagen sie voraus, dass sich die Mineralzusammensetzung mit der Zeit verändern und dadurch letztendlich die Oberfläche und Atmosphäre von K2-141b verändern wird.
“Alle Gesteinsplaneten, die Erde eingeschlossen, begannen als geschmolzene Welten, aber dann kühlten sie rasch ab und erstarrten. Lava-Planeten geben uns einen seltenen Einblick in dieses Stadium der planetaren Entwicklung”, sagte Professor Cowan.
Der nächste Schritt werde darin bestehen zu prüfen, ob die Vorhersagen korrekt sind, sagen die Wissenschaftler. Das Team besitzt aktuell Daten des Weltraumteleskops Spitzer, die den Forschern einen ersten Einblick in die Temperaturen auf der Tag- und Nachtseite des Exoplaneten geben sollten. Mit dem im Jahr 2021 startenden James Webb Space Telescope werden sie auch imstande sein zu verifizieren, ob sich die Atmosphäre so verhält wie vorhergesagt.
(THK)
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