(ESA/Hubble, M. Kornmesser) In der Atmosphäre eines nur 111 Lichtjahre entfernten Exoplaneten haben Astronomen gerade eine hochspannende Entdeckung gemacht: Sie haben Wasser entdeckt.
Bis zu 50 Prozent der Atmosphäre von K2-18b könnten aus Wasserdampf bestehen. Aber im Gegensatz zu anderen riesigen Exoplaneten, auf denen atmosphärisches Wasser nachgewiesen wurde, ist K2-18b eine Supererde. Es könnte steinig sein, wie die Erde, Mars Und Venus .
Diese Entdeckung könnte uns nicht nur helfen, die Atmosphären von Exoplaneten in der bewohnbaren Zone im Allgemeinen zu verstehen, sondern auch die von felsigen Exoplaneten in der bewohnbaren Zone, die sich in einer engen Umlaufbahn um Rote Zwergsterne befinden.
„Es ist unglaublich aufregend, Wasser in einer potenziell bewohnbaren Welt außerhalb der Erde zu finden“, sagte der Astronom Angelos Tsiaras vom University College London.
„K2-18b ist nicht ‚Erde 2.0‘, da es deutlich schwerer ist und eine andere atmosphärische Zusammensetzung hat.“ Es bringt uns jedoch der Beantwortung der grundlegenden Frage näher: „Ist die Erde einzigartig?“
K2-18b wurde 2015 entdeckt und es war etwas schwierig, ihn zu lokalisieren. Wir wissen, dass er einen Roten Zwergstern mit dem Namen umkreist K2-18 Ziemlich genau, der Kreis wird alle 33 Tage einmal geschlossen. Darüber hinaus sind die Sterneinstrahlungsniveaus des Planeten unterschiedlich ähnlich wie auf der Erde (mit Ausnahme der für Rote Zwerge typischen hohen Flare-Aktivität).
Das liegt daran, dass diese 33-Tage-Umlaufbahn genau in der Mitte der bewohnbaren Zone des Sterns liegt – nicht zu heiß, dass flüssiges Wasser von der Oberfläche verdunsten würde, und nicht so kalt, dass es völlig gefrieren würde.
Wir wissen auch, dass der Planet etwa doppelt so groß wie die Erde und etwa achtmal so schwer ist. Astronomen haben den Planeten sogar auf zwei mögliche Typen eingegrenzt. Im Jahr 2017 hat ein Team ermittelt dass es sich entweder um einen Gesteinsplaneten mit einer Atmosphäre handeln könnte – wie die Erde, aber größer – oder um einen Planeten mit einem überwiegend aus Wasser bestehenden Inneren, das von einer dicken Eisschale bedeckt ist, wie Enceladus oder Europa.
Die neue Forschung legt nahe, dass K2-18b doch eine Atmosphäre hat.
Der Planet wurde von Kepler entdeckt ( RUHE IN FRIEDEN ), das Planeten mithilfe der Transitmethode entdeckte. Zu diesem Zeitpunkt ist das Sternensystem genau so ausgerichtet, dass der Planet zwischen uns und seinem Stern vorbeiziehen kann – ein sogenannter Transit –, was zu einer erkennbaren Abschwächung des Lichts des Sterns führt.
Dieser Transit kann uns auch dabei helfen, die Atmosphäre eines Planeten zu untersuchen. Wenn das Licht des Sterns hindurchtritt, können einige Wellenlängen vorhanden sein absorbiert durch bestimmte Gase erzeugt Linien in einem Spektrum. Diese können erkannt werden, wenn man ein Spektralprofil des Sterns mit einem Spektralprofil des Transits vergleicht.
Aber es ist nicht einfach. Selbst die Entdeckung des Planeten erfordert hochempfindliche Instrumente, die in der Lage sind, die schwachen Einbrüche im Sternenlicht zu erkennen; Auch die spektralen Absorptionslinien sind unglaublich schwach.
Tsiaras und sein Team haben es mit dem geschafft WFC3-Instrument auf dem Hubble-Weltraumteleskop. Sie bildeten acht Transite des Planeten vor dem Stern ab und kombinierten sie, um einen gewichteten Durchschnitt zu erstellen und so ein Spektralprofil für den Planeten zu erstellen.
Als nächstes war es an der Zeit, mithilfe von Modellierung herauszufinden, was ihnen dieses Spektralprofil verriet. Zunächst führten sie K2-18b-Atmosphärenmodelle mit einer Reihe atmosphärischer Moleküle durch, die Absorptionslinien erzeugen konnten, darunter Wasser (H2O), Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO). 2 ), Methan (CH 4 ) und Ammoniak (NH 3 ).
Im Spektrum des Planeten konnte mit Sicherheit nur Wasser nachgewiesen werden, daher überarbeitete das Team seine Analyse und verwendete nur Wasser als Spurengas.
Anschließend modellierten sie die Atmosphäre mit drei verschiedenen Ansätzen: wolkenlos, mit Wasserdampf in einer Wasserstoff-Helium-Atmosphäre; wolkenlos, mit Wasserdampf, Wasserstoff-Helium und molekularem Stickstoff; und trüb, mit Wasserdampf und Wasserstoff-Helium.
Alle drei Simulationen ergaben a statistisch signifikant Atmosphäre mit hohem Konfidenzniveau und Werten, die so ähnlich waren, dass die drei potenziellen Typen nicht ganz unterschieden werden konnten.
Eine Eingrenzung des Wasservorkommens war nach derzeitigem Kenntnisstand nicht möglich; Die Modelle deuteten jedoch darauf hin, dass zwischen 20 und 50 Prozent der Atmosphäre des Planeten aus Wasserdampf bestehen könnten. Als Referenz, Die Erdatmosphäre variiert zwischen 0 und 5 Prozent Wasserdampf (oder 0,25 Massenprozent im Gesamtdurchschnitt). K2-18b wäre also ein ziemlich feuchter Ort.
Auch das Vorhandensein von Methan und Ammoniak kann nicht ausgeschlossen werden, da deren Wellenlängen nicht vom WFC3 abgedeckt werden.
All dies ist ein ziemlich überzeugendes Argument dafür, die nächste Generation von Instrumenten mit größerer Wellenlänge auszurichten – wie z James Webb-Weltraumteleskop und das Atmosphärischer Fernerkundungs-Infrarot-Exoplanet Groß - in Richtung des Planeten.
„Obwohl das Thema der Bewohnbarkeit gemäßigter Planeten um späte Sterne Gegenstand aktiver Diskussionen ist und echte Fortschritte wesentlich verbesserte Beobachtungsbeschränkungen erfordern“, schreiben die Forscher in ihrer Arbeit „Die hier vorgestellte Analyse liefert die erste direkte Beobachtung einer molekularen Signatur von einem Exoplaneten in der bewohnbaren Zone und verbindet diese theoretischen Studien mit Beobachtungen.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturastronomie .