Extrasolare Planeten: Der schwere Weg zur richtigen Atmosphäre

[astronews.com Redaktion]

Nach Ansicht der meisten Astronomen ist es nur noch eine Frage der Zeit, bis tatsächlich ein erdgroßer Planet in der lebensfreundlichen Zone um einen sonnenähnlichen Stern gefunden wird. Doch ist dies dann auch zwangsläufig eine zweite Erde? Sehr wahrscheinlich nicht, meint nun ein Wissenschaftlerteam, das sich mit der Entwicklung der Atmosphären von jungen Planeten beschäftigt hat. (16. März 2012)

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[Bynaus]

Das deckt sich durchaus mit meinem Eindruck in den letzten Jahren: die Bewohnbarkeit eines Planeten hängt am stärksten von seiner Atmosphäre ab. Sicher, Entfernung zum Stern und solche Dinge spielen eine Rolle, aber da gibt es grossen Spielraum, so lange nur die Atmosphäre stimmt (gilt z.B. auch für einen Planeten mit gebundener Rotation: gewisse Atmosphärenbedingungen können die Probleme, die diese Situation mit sich bringt, entschärfen). Die Erdatmosphäre ist wohl tatsächlich aussergewöhnlich dünn für die Grösse des Planeten, was widerum nur deshalb über Jahrmilliarden möglich ist, weil ein Magnetfeld die Atmosphäre vor der Erosion durch den Sonnenwind schützt. Bei Mars und Venus hingegen sehen wir die Alternativen: dünne, erodierte Lufthülle bzw. nahezu "primordiale" (ursprüngliche) dichte Atmosphäre. In ein paar Jahren schon (wenn JWST oben ist) werden wir vermutlich erste Informationen über die Atmosphären der Kepler-Planeten erhalten, und da würde eine enorme Variation erwarten - von ausgedehnten Wasserstoffhüllen bei Suberden bis hin zu Supererden ohne nenneswerte Atmosphäre.

[ismion]

Das sehe ich genauso, Bynaus. Allerdings würde ich noch die (mögliche) Anwesenheit eines intrinsischen Magnetfeldes zu den Faktoren addieren. Ich denke, wenn die Daten ausgewertet sind in Hinsicht auf die Atmosphären, dann kommt die Frage auf, ob Magnetfelder vorhanden sind / vorhanden waren. Ist halt die Frage, ob Dynamoprozesse eingesetzt haben könnten. Aber das wird sicherlich eine schwierige Aufgabe werden, wenn gar unmöglich.
Aber numerische Modelle für solche Situationen gibt es ja zu hauf (ich denke hierbei an den Wasserverlust des Mars bzw. den Verlust seines Magnetfeldes in erster Linie). Demnach könnte man einige Wege zur Beantwortung der auftretenden Fragen beschreiten.

[Bynaus]

Allerdings würde ich noch die (mögliche) Anwesenheit eines intrinsischen Magnetfeldes zu den Faktoren addieren.

Das Magnetfeld spielt nur dann eine Rolle, wenn da eine sehr dünne (erdähnliche) Atmosphäre ist, die vor der Erosion durch den Sonnenwind geschützt werden muss. Ich würde aber nicht grundsätzlich ausschliessen, dass auch in einer dichteren Atmosphäre (deren Erhalt kein Magnetfeld benötigt), oder in der Atmosphäre eines Planeten/Mond, der deutlich weiter von seinem Stern entfernt ist (so dass kein Schutz nötig ist), Leben möglich ist.

[ismion]

...dass auch in einer dichteren Atmosphäre (deren Erhalt kein Magnetfeld benötigt)...

Dabei denke ich an Titan. Dichte Atmosphäre ist direkt dem Plasmastrom ausgesetzt. Die Produktion/Aufrechterhaltung einer Atmosphäre ist hier größer, als sämtliche Flucht- und Erosionsprozesse.

...oder in der Atmosphäre eines Planeten/Mond, der deutlich weiter von seinem Stern entfernt ist (so dass kein Schutz nötig ist), Leben möglich ist.

Du musst bedenken, dass Sternwinde und kosmische Strahlung immer da sind. Deswegen denke ich, dass die Atmosphäre generell eher genügend dicht sein sollte. Aber dennoch schließe ich mich deiner Meinung an, denn ich kann mir das auch vorstellen!

[Bifröst]

Hallo zusammen,

Byanus hat dieses Thema ja schon oft angeschnitten.
Sprich die Herausbildung der dünnen Erdatmosphäre und der Schutz durch das Magnetfeld.

Wenn erdgroße Planeten kein Magnetfeld haben, haben sie entweder keine oder eine sehr dichte Atmosphäre (wie auch geschrieben wurde).

Sollte die Dichte der Atmosphäre also grundsätzlich mit abhängig sein von der Größe eines Planeten sein.
Landen wir dann bei Monden von Gasriesen, wo mit erdähnlichen Atmosphären zu rechnen wäre?
Und kann das Magnetfeld des Gasriesen, das schwache Magnetfeld eines kleinen Mondes ausgleichen, um die Atmoshäre zu schützen oder ist dies eher kontraproduktiv?

Und eine viel grundsätzlichere Frage, welche wohl momentan kaum zu beantworten ist, sind lebensfreundliche Bedingungen wahrscheinlicher bei Gasriesen-Mond-Systemen oder bei Sonnen-Planeten-Systemen?

Ich bin mal gespannt wann wir die ersten von Gasriesen eingefangenen Planeten außerhalb von Sol finden.

[Bynaus]

@Bifröst: Die Frage ist, wie massiv die Monde von Gasriesen wirklich werden können. Bei allen Gasriesen des Sonnensystems beträgt das Massenverhältnis zwischen dem Gasriesen und seinen Monden etwa 1:5000 - wenn das so stimmt, braucht es zumindest einen braunen Zwerg (= 5000 Erdmassen = 15.7 Jupitermassen), bis sich überhaupt erdgrosse "Monde" bilden. Einfänge dürften (dynamisch gesehen) auch nicht so einfach sein. Ich würde sicher nicht ausschliessen, dass es bewohnte oder zumindest bewohnbare Gasriesenmonde gibt - aber ich wäre sehr überrascht, wenn diese insgesamt häufiger wären als wirklich erdähnliche Umgebungen.

[Bifröst]

@Byanus
Danke für die schnelle Antwort. Ich wollte allerdings auf einen anderen Punkt hinaus.
Zur Ausbildung einer erdatmösphäre bedarf es nicht der Größe der Erde. Das habe ich zumindest bei dir raus gelesen.
Nehmen wir mal den Mars, welcher wohl mal eine ähnlich dichte Atmosphäre hatte, diese aber aufgrund seines schwachen Magnetfeldes verloren hat.
Würde ein Mond der Größe des Mars um einen Gasriesen schwirren, könnte dessen Magnetfeld die Schutzfunktion übernehmen ohne große negative Aspekte? Dieser Gasriese müsste ja auch "nur" 3-5 mal so groß sein wie Jupi. Davon haben wir ja schon einige gefunden.

Also um es nochmal zusammen zufassen. Wenn die Erde für ihre dünne Atmosphäre zu groß ist, dann finden sich solche dünnen Atmosphären bei kleineren Objekten. Da diese kein starkes Magnetfeld zum Schutz besitzen brauchen sie einen externen Schützer und könnte eben dies ein Gasriese übernehmen?

Worauf ich hinaus will. Wenn die komplizierte Entstehung unserer Atmosphäre so entscheident ist für Leben, dann sollten wir Leben auf Objekten suchen, welche eher zu solchen Atmosphären tendieren.Und da denke ich eben an Monde um Gasriesen.

[ismion]

@Bifröst:

Da diese kein starkes Magnetfeld zum Schutz besitzen brauchen sie einen externen Schützer und könnte eben dies ein Gasriese übernehmen?

Bedenke, dass innerhalb der Magnetosphäre eines Planeten ein Plasma strömt, was dem Sonnenwind "entspricht". ich setze hier bewusst Gänsefüßchen. Die Dynamik des Plasma mag sich unterscheiden, aber dennoch besteht eine Wechselwirkung zwischen dem Teilchenstrom und der Atmosphäre.
Was ich sagen will: Der große Beschützer könnte auch der große Vernichter sein, sofern die Abtransportraten der atmosphärischen Partikel größer sind als die Reproduktionsraten der Atmosphäre. Der Effekt ist natürlich deutlich schwächer als ein möglicher Effekt durch den supersonischen Sonnenwind, aber ich möchte dennoch darauf hinweisen.
Wenn ich nochmal Titan ansprechen darf: Titan ist sehr weit außen in der Saturnmagnetosphäre. Erhöht sich nun der Staudruck, welcher durch den schnellen Sonnenwind ausgeübt wird, auf das Magnetfeld des Saturn, so wird die Magnetopause soweit zurückgedrängt, dass der Titanorbit außerhalb des schützenden Magnetfeldes liegt! Er interagiert also direkt mit dem (geschockten) Sonnewind.

[eschmidb]

Hallo,

ich kann mir gut vorstellen, dass ein erdähnlicher Exoplanet auch ein ähnliches Magnetfeld besitzt. Die Rotationsdauer von etwa 24 h dürfte nicht unwahrscheinlich sein und bei erdähnlicher Größe ist ein fester Kern mit flüssiger Schale wahrscheinlich. Das macht einen Dynamoeffekt sehr wahrscheinlich. Allerdings hat Kepler noch keinen Exoplaneten um einen sonnenähnlichen Stern entdeckt, was ich nach 3 Jahren eigentlich erwartet hätte. Gut dass die Mission verlängert wird.

Gruß Ernst