Auf einem 110 Lichtjahre entfernten Planeten in der bewohnbaren Zone wurde Wasserdampf entdeckt

Konzeptkunst für K2-18b UCL

Astronomen haben zum ersten Mal Hinweise auf Wasser auf einem potenziell bewohnbaren Planeten außerhalb unseres Sonnensystems entdeckt.

Die Ergebnisse zeigen, dass der Planet K2-18b, der einen roten Zwergstern 110 Lichtjahre von der Erde entfernt umkreist und bereits als potenziell bewohnbar galt, Wasserdampf in seiner Atmosphäre hat.

Es ist das erste Mal, dass eine solche Entdeckung in zwei Veröffentlichungen in veröffentlicht wurde Naturastronomie und hochgeladen arXiv , wurde für einen Planeten entwickelt, der in der habitablen Zone liegt – dem Orbitalbereich um einen Stern, in dem theoretisch flüssiges Wasser auf der Oberfläche eines Planeten existieren könnte.

Dies ist derzeit der einzige uns bekannte Planet außerhalb des Sonnensystems, der die richtige Temperatur hat, um Wasser zu unterstützen, eine Atmosphäre hat und Wasser enthält – was diesen Planeten zum besten Kandidaten für Bewohnbarkeit macht, den wir derzeit kennen, sagt Angelos Tsiaras, ein Exoplanet-Wissenschaftler vom University College London und Hauptautor der Studie Nature Astronomy.

Während die beiden Arbeiten die allgemeine Schlussfolgerung teilen, dass K2-18b Wasser enthält, gibt es ziemlich viel Tageslicht zwischen ihren Ansätzen, und ihre Ergebnisse haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Gesamtstruktur des Planeten selbst.

Wo sich die beiden Gruppen einig sind, ist, dass K2-18b keine andere Erde ist. Der Exoplanet hat die achtfache Masse der Erde und ist doppelt so groß. Er ist ziemlich nah an seinem Mutterstern (mit einer Umlaufzeit von 33 Tagen), aber dieser Stern ist halb so groß und hat nur die halbe Temperatur der Sonne. Die Existenz von K2-18b wurde 2015 bestätigt und anschließendes Studium schlug vor, dass es felsig und möglicherweise im Besitz einer signifikanten gasförmigen Hülle oder eines Ozeans war.

Beide Teams schauten sich Hubble-Daten an, um die stellaren Transite von K2-18b zu beobachten, während er seinen Wirtsstern umkreiste. Wenn sich Sternlicht durch die Atmosphäre eines Planeten bewegt, wird es durch das Vorhandensein verschiedener atmosphärischer Elemente und Verbindungen gestreut. Wissenschaftler können diese Streuung analysieren, um festzustellen, woraus die Atmosphäre eines Planeten besteht. Das Team um Björn Benneke, Exoplanetenforscher von der Université de Montréal und Hauptautor des arXiv-Papiers, hatte auch Zugriff auf Daten der Weltraumteleskope Kepler und Spitzer.

Das Ergebnis ist, dass das von Experten begutachtete und in seinen Ergebnissen konservativere Nature Astronomy-Papier zu dem Schluss kommt, dass es eine signifikante Konzentration von Wasser in der Atmosphäre von K2-18b gibt, obwohl die Forscher spekulieren, dass es nur 0,01% der Atmosphäre ausmachen könnte oder bis zu 50 %.

Tsiaras und sein Team glauben, dass der Planet wahrscheinlich eine felsige Supererde ist, die eine Atmosphäre besitzt, die entweder sehr wasserdominiert ist, stark mit einem transparenten Gas wie Stickstoff vermischt ist oder eine erhebliche Wolkenbildung aufweist. Dieses atmosphärische Wasser könnte ein Zeichen für flüssiges Wasser an der Oberfläche sein (das vielleicht vollständig von einem Ozean bedeckt sein könnte), aber das ist vorerst unklar.

Unterdessen kommen Benneke und sein Team zu dem Schluss, dass K2-18b Wolken aus Wasser hat – viele davon. Sie schlagen auch eine viel exotischere Version des Planeten vor. Ihr Modell, das die Kepler- und Spitzer-Daten enthält, legt nahe, dass K2-18b ein Mini-Neptun ist, der aus einem kleinen eisigen oder felsigen Kern besteht, der in eine gasförmige Hülle gehüllt ist. In bestimmten Schichten der Atmosphäre kann der Wasserdampf zu Flüssigkeitströpfchen kondensieren. Aus astrobiologischer Sicht sei das viel wichtiger, sagt Benneke. Es ist das Vorhandensein von flüssigem Wasser – nicht Dampf – das die biochemischen Prozesse des Lebens ermöglicht. K2-18b könnte die Heimat von mikroskopisch kleinem Leben sein, das durch die Gasschicht schwebt und von kondensierten Wassertröpfchen in den Wolken lebt.

Beide Papiere sind von den Einschränkungen der aktuellen Technologie betroffen. In der Tat ist Hubble heutzutage so etwas wie eine Antiquität. Seine Kameras waren nicht wirklich für diese Art von Studien gedacht, und die Software kann in der Analyse nach der Beobachtung nur begrenzt viel leisten, um eine 110 Lichtjahre entfernte Atmosphäre zu modellieren.

Kepler und Spitzer bieten ein breiteres Spektrum an Beobachtungen (daher die Wolkenbildungsmodelle des arXiv-Papiers), aber sie sind weniger präzise als Hubble. Wir haben immer noch keine Ahnung von den Temperaturen auf dem Planeten (Tsiaras' Team schlägt einen Bereich zwischen -100 und 116 °F, oder -73 und 47 °C vor), wo genau sich der Wasserdampf in der Atmosphäre befindet, welche anderen Verbindungen gefunden werden könnten in der Atmosphäre, ob es sich um einen gezeitenabhängigen Planeten handelt, oder andere Merkmale, die ein schärferes Bild davon zeichnen könnten, wie bewohnbar K2-18b sein könnte.

Bodengestützte Teleskope könnten einige nützliche Beobachtungen machen, aber es ist tatsächlich sehr schwierig, eine Atmosphäre mit Wasser zu beobachten durch eine Atmosphäre mit Wasser. Einige Teleskope, wie z Extrem großes Teleskop im Norden Chiles und der Dreißig-Meter-Teleskop in Hawaii, könnte etwas Glück beim Studium von K2-18b haben, aber keiner wird vor der zweiten Hälfte des nächsten Jahrzehnts betriebsbereit sein.

Stattdessen führen wir am besten Folgebeobachtungen mit zwei Nachfolgern von Hubble durch: dem James-Webb-Weltraumteleskop, das 2021 in die Umlaufbahn starten soll, aber wiederholt verzögert wurde, und dem geplanten ARIEL-Weltraumteleskop der Europäischen Weltraumorganisation ESA Start im Jahr 2029. Beide werden in der Lage sein, Beobachtungen präziser und umfassender über das elektromagnetische Spektrum hinweg zu machen und mehr Arten von Molekülen in der Atmosphäre zu identifizieren, wie Kohlendioxid, Methan oder Ammoniak. Diese Teleskope werden uns auch dabei helfen, ein viel konkreteres Gefühl für den Wassergehalt und die Struktur von K2-18b zu bekommen – ob sich der Planet als Supererde oder als Mini-Neptun herausstellt.

Die Tatsache, dass wir Hubble immer noch verwenden können, um innovative Wissenschaft wie diese zu betreiben, ist absolut erstaunlich, sagt Ryan Cloutier vom Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics, der an keiner der beiden Studien beteiligt war. Ein Instrument wie das JWST wird jedoch eine Verbesserung der Messgenauigkeit gegenüber Hubble um eine Größenordnung bieten, sagt er, was es viel einfacher macht, detaillierte Studien über eines der zu machen 55 Exoplaneten in der bewohnbaren Zone .

Es ist wichtig zu beachten, dass die K2-18b-Signale alles andere als luftdicht sind. Studien dieser Art seien immer knifflig, sagt Cloutier. In der Vergangenheit sind einige Signale nach weiterer Analyse oder nach einer unabhängigen Analyse durch ein anderes Forschungsteam im Wesentlichen „verschwunden“.

Dennoch ist es selten, Beweise für Wasser in der Atmosphäre eines anderen Planeten zu sehen, und das allein sollte dazu beitragen, genug Interesse zu wecken, diese Art von Studien fortzusetzen, wenn die Technologien des nächsten Jahrzehnts online gehen.

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