Forscher, die das James Webb-Weltraumteleskop verwenden, haben möglicherweise eine Atmosphäre um 55 Cancri e entdeckt, einen felsigen Exoplaneten, der 41 Lichtjahre von der Erde entfernt liegt. Dies ist der bisher stärkste Beweis für die Existenz einer felsigen Welt mit einer Atmosphäre außerhalb unseres Sonnensystems.
55 Cancri e ist einer von fünf bisher entdeckten Planeten um einen Stern, der unserer Sonne ähnelt, im Sternbild Krebs. Mit einem Durchmesser, der fast doppelt so groß ist wie der unseres Planeten, und einer Dichte, die etwas größer als die der Erde ist, wird dieser Exoplanet als „Supererde“ klassifiziert: kleiner als unser Planet, kleiner als Neptun und mit einer Zusammensetzung, die der des Gesteins ähnelt Welten unseres eigenen Sonnensystems.
Die Ergebnisse der Beobachtungen wurden in veröffentlicht Natur.
Einer der Co-Autoren der Studie, Brice-Olivier Demory von der Universität Bern, sagt: „55 Crancri e ist einer der rätselhaftesten Exoplaneten. Trotz langer Beobachtungsperioden, die im letzten Jahrzehnt allesamt an rund zehn Standorten auf der Erde und im Weltraum durchgeführt wurden, ist uns die eigentliche Natur dieser Welt weiterhin verborgen geblieben. Zumindest bis heute, als mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops endlich Teile des Puzzles zusammengesetzt wurden.“
Überraschenderweise zeigen diese Beobachtungen, dass es für einen sehr heißen, stark verstrahlten Gesteinsplaneten möglich sein könnte, eine gasförmige Atmosphäre aufrechtzuerhalten, und dies verheißt auch Gutes für die Fähigkeit des Teleskops, kühlere Gesteinsplaneten zu charakterisieren – und daher potenziell bewohnbar –, die ähnliche Sterne umkreisen unsere Sonne.
„Das James Webb-Teleskop verschiebt wirklich die Grenzen der Entdeckung felsiger Exoplaneten. Es ist wirklich eine neue Art von Wissenschaft“, sagte Renyu Hu vom Jet Propulsion Laboratory der NASA, der die Studie leitete.
Eine superheiße Supererde
Obwohl die Zusammensetzung von 55 Cancri e der der felsigen Welten in unserem Sonnensystem ähnelt, könnte die Beschreibung als „felsig“ den falschen Eindruck erwecken. Dieser Exoplanet kreist tatsächlich so nah um seinen Stern – ein Jahr dauert dort kaum 18 unserer Stunden, verglichen mit 365 Tagen hier –, dass seine Oberfläche zwangsläufig geschmolzen ist und Gefahr läuft, wie ein tiefer Ozean aus siedendem Magma auszusehen.
Bei einer so engen Umlaufbahn ist es sehr wahrscheinlich, dass der Planet auch durch die Schwerkraft des Sterns „festgehalten“ wird, d Seite ist in ewige Nacht getaucht.
„Der Planet ist so heiß, dass ein Teil seines geschmolzenen Gesteins verdampfen könnte“, sagt Hu.
Obwohl James Webb 55 Cancri e nicht direkt fotografieren kann, kann die Kamera subtile Veränderungen im Licht des Sonnensystems messen, während der Planet seinen Stern umkreist.
Der erste Hinweis darauf, dass dieser Exoplanet über eine substanzielle Atmosphäre verfügen könnte, stammte aus Temperaturmessungen, die auf seinen thermischen Emissionen oder der in Form von Infrarotlicht freigesetzten Energie basierten. Wenn der Planet mit dunklem, geschmolzenem Gestein bedeckt ist, eine dünne Schicht aus verdampftem Gestein aufweist oder überhaupt keine Atmosphäre hat, sollte die Tagseite eine Temperatur von etwa 2200 Grad Celsius haben.
„Die Daten deuten auf eine relativ niedrige Temperatur von etwa 1.500 Grad Celsius hin“, fuhr Hu fort. „Dies ist ein starker Hinweis darauf, dass die Energie von der Tagseite zur Nachtseite verteilt wird, wahrscheinlich mithilfe einer Atmosphäre, die reich an flüchtigen Bestandteilen ist.“ »
Während Lavaströme einen Teil der Wärme auf die Nachtseite transportieren können, reicht dies nicht aus, um diesen Kühleffekt zu erklären. Tatsächlich, schreiben die Forscher, scheine die Tagesseite um mehrere hundert Grad „zu kalt“, obwohl die Hitze gleichmäßig über den Planeten verteilt sei. Dies liegt daran, dass ein Teil des von der Oberfläche emittierten Infrarotlichts von der Atmosphäre absorbiert wird und daher nie das Teleskop erreicht.
Eine Atmosphäre, die von Gasen angetrieben wird
Das Forschungsteam geht davon aus, dass die Gase, die 55 Cancri e umhüllen, aus dem Inneren des Planeten stammen; Schließlich wird angenommen, dass die Hauptatmosphäre aufgrund der hohen Temperaturen und der intensiven Strahlung des Sterns längst verschwunden wäre.
Es wäre also eine Sekundäratmosphäre, die durch den gasreichen Magmaozean ständig erneuert wird.
Wissenschaftler sagen, wenn 55 Cancri e viel zu heiß ist, um bewohnbar zu sein, könnte dies eine einzigartige Gelegenheit bieten, die Wechselwirkungen zwischen der Atmosphäre, der Oberfläche und dem Inneren von Gesteinsplaneten zu untersuchen und so Informationen über die Anfänge von Erde, Venus und Erde zu liefern Mars, der in der Vergangenheit allesamt mit Magma bedeckt gewesen wäre.
„Letztendlich wollen wir die Bedingungen verstehen, die es einem Gesteinsplaneten ermöglichen, eine gasreiche Atmosphäre aufrechtzuerhalten, die eine Schlüsselkomponente für die Existenz eines bewohnbaren Planeten darstellt“, betont Herr Hu.
