Zum ersten Mal haben Menschen die atmosphärische Zusammensetzung eines erdähnlichen Planeten außerhalb des Sonnensystems entdeckt. Wird es unser neues Zuhause?

Kürzlich konnten Astronomen mithilfe des James Webb-Weltraumteleskops (JWST) erstmals auf einem Gesteinsplaneten außerhalb unseres Sonnensystems eine Atmosphäre nachweisen, die reich an Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid ist. Obwohl der Planet wahrscheinlich von einem Magmaozean bedeckt ist und kein Leben beherbergen kann, könnte seine Erforschung unser Verständnis der Frühgeschichte der Erde verbessern. Der zugehörige Artikel wurde am 8. Mai 2024 in Nature veröffentlicht.

Das James Webb Space Telescope (JWST) ist ein gemeinsam von den Vereinigten Staaten, Europa und Kanada entwickeltes Weltraumteleskop, das hauptsächlich im Infrarotbereich beobachtet. Es dauerte mehr als 20 Jahre und kostete mehr als 10 Milliarden Dollar. Es ist das teuerste, leistungsstärkste und größte Weltraumteleskop, das je gebaut wurde. Der Start des Teleskops ist für 2021 geplant. Es soll eine höhere Infrarotauflösung und Empfindlichkeit bieten, um tiefere Beobachtungen im Universum zu ermöglichen.

Künstlerische Darstellung von 55 Cancri e ganz in der Nähe seines Sterns. Bildnachweis: Mark Garlick/Science Photo Library

55 Cancri e wurde jedoch nicht vom JWST entdeckt. Es war der vierte Planet, der vor 20 Jahren (2004) um den Stern 55 Cancri (von der Internationalen Astronomischen Union 2015 Copernicus genannt) entdeckt wurde. Derzeit wurden fünf Planeten um diesen Stern entdeckt (nämlich b, c, d, e und f). Diese Planeten wurden alle mithilfe der Radialgeschwindigkeitsmethode entdeckt (d. h. durch Ermittlung der Änderungen der Radialgeschwindigkeit, die durch die gegenseitige Rotation von Stern und Planet verursacht werden).

Später, im Jahr 2011, wurde der Transit von 55 Cancri e entdeckt, was die Existenz dieses Planeten weiter bestätigte. 55 Cancri e umkreist einen sonnenähnlichen Stern und ist eine Supererde mit einem Radius von etwa dem doppelten der Erde, einer Masse, die mehr als achtmal so groß ist wie die der Erde, und einer Atmosphäre, die etwa einige Prozent des Erdradius beträgt.

Zum ersten Mal haben Menschen einen Stern außerhalb des Sonnensystems entdeckt

Atmosphärische Zusammensetzung terrestrischer Planeten

Der Beitrag des JWST besteht tatsächlich in der Entdeckung, dass die Oberfläche des Planeten eine Atmosphäre enthält, die reich an Kohlenstoff- und Sauerstoffelementen ist, was einen neuen Meilenstein darstellt. Dies ist das erste Mal, dass Menschen die atmosphärische Zusammensetzung eines extrasolaren terrestrischen Planeten ermittelt und festgestellt haben, dass es sich um eine „sekundäre Atmosphäre“ handelt.

Die sogenannte „Sekundäratmosphäre“ ist relativ zur ursprünglichen Atmosphäre. Mit der ursprünglichen Atmosphäre eines Planeten ist die Atmosphäre gemeint, die in den frühen Stadien der Planetenentstehung durch die Schwerkraft absorbiert wurde. Dabei handelt es sich hauptsächlich um Wasserstoff und Helium (da diese beiden im Universum am häufigsten vorkommen). Wasserstoff und Helium sind jedoch sehr leicht. Bei gewöhnlichen felsigen terrestrischen Planeten wie der Erde ist die Schwerkraft gering und reicht nicht aus, um diese leichten Gase vollständig zu binden, sodass diese ursprünglichen leichten Gase nach und nach wieder ins Universum entweichen.

Eine Sekundäratmosphäre besteht aus Gasen, die später aus dem Inneren des Planeten freigesetzt werden, beispielsweise durch Vulkanausbrüche. Diese Gase enthalten hauptsächlich „schwere“ Elemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff usw. Schwere Gase können nicht leicht entweichen und sammeln sich nach und nach an und werden auf der Oberfläche des Planeten gespeichert. Die Atmosphäre unseres Planeten hat sich allmählich aus der Sekundäratmosphäre entwickelt.

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Diese "Supererde"

Wird es die nächste Heimat der Menschheit sein?

Die derzeitige Beobachtungstechnologie ist noch nicht in der Lage, einen so kleinen Planeten direkt abzubilden und sein Aussehen zu erkennen. Astronomen können jedoch anhand der Eigenschaften eines Planeten Rückschlüsse auf dessen Aussehen ziehen.

55 Cancri e kann einfach als vergrößerte Version der Erde verstanden werden. Er weist Ähnlichkeiten mit der Erde auf, beispielsweise unterscheidet sich die durchschnittliche Dichte nicht wesentlich, und beide sind Gesteinsplaneten. Seine Umlaufzeit beträgt jedoch nur 0,74 Tage und seine Entfernung von seinem Mutterstern beträgt nur ein Sechzigstel der Entfernung zwischen Erde und Sonne. Daher wird dieser Planet von seinem Mutterstern „gebacken“ und ist sehr heiß. Auf der dem Stern zugewandten Seite beträgt die Temperatur mehr als 3000 Grad und die Oberfläche besteht vollständig aus geschmolzenem Magma. Es sollte nicht möglich sein, so viel Leben hervorzubringen wie die Erde.

Mit der Weiterentwicklung der Detektionstechnologie wird der Mensch in Zukunft in der Lage sein, die Atmosphären weiterer erdähnlicher Planeten zu erkennen. Die Untersuchung ihrer atmosphärischen Zusammensetzung und der Vergleich mit den Planeten unseres eigenen Sonnensystems werden uns helfen, die Entstehung und Entwicklung von Planeten und ihren Atmosphären besser zu verstehen.

Wir können nicht in die frühe Zeit der Erde zurückgehen, um etwas über ihre Geschichte zu erfahren, aber wenn wir die Atmosphären vieler terrestrischer Planeten in unterschiedlichem Alter erkennen können, können wir sie als Spiegel verwenden, um zu sehen, wie die Vergangenheit und sogar die Zukunft der Erde aussehen werden.

Autor: Xie Jiwei, Universität Nanjing