Die Eigenschaften entfernter Exoplaneten im Blick
Wir haben bisher fast 10 000 erdähnliche Planeten in fernen Galaxien entdeckt. Kürzlich stellte ein wissenschaftliches Team fest, dass kleine Exoplaneten sich häufig in der Nähe kühler roter Sterne befinden. Dadurch bietet sich die Möglichkeit, ihre Atmosphären zu erforschen, um zu eruieren, ob zukünftige Missionen dort nach Leben suchen sollten. Das vom Europäischen Forschungsrat (ERC) finanzierte Projekt EXOKLEIN hat einen ganzheitlichen Klimarahmen erstellt, um Daten aus astronomischen Beobachtungen von kleineren erdähnlichen Planeten zu interpretieren. „Die Forschung stützt sich auf in der Exoplaneten-Gemeinschaft bekannte Tatsachen, wie zum Beispiel, dass M-Sterne, die etwas kleiner und kühler als unsere Sonne sind, in unserer Galaxie häufiger vorkommen als sonnenähnliche Sterne“, erklärt Kevin Heng, Professor an der Sternwarte der Universität München und Koordinator des Projekts EXOKLEIN. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die Exoplaneten mit der Transitmethode untersuchen wollen – bei der ein Planet zwischen einem Stern und dem Beobachtenden vorbeizieht –, interessieren sich für die relative Größe zwischen dem Exoplaneten und seinem Stern. Diese Methode lässt sich daher leichter auf große Exoplaneten anwenden, die sonnenähnliche Sterne umkreisen, oder auf kleine Exoplaneten, die kleinere Sterne wie M-Sterne (auch als Rote Zwerge bekannt) umkreisen. EXOKLEIN konzentrierte seine Bemühungen auf die Charakterisierung der Atmosphäre, der Geochemie und der Biosignaturen kleinerer Exoplaneten.
Virtuelles Labor
Zu diesem Zweck wurde im Projekt EXOKLEIN ein virtuelles Labor eingerichtet, eine Software-Sammlung, die der Exoplaneten-Gemeinschaft frei zur Verfügung gestellt wird. „Es handelt sich nicht nur um eine Software, sondern um eine Reihe von Programmen, mit denen man verschiedene Aspekte exoplanetarer Atmosphären analysieren kann: Strahlung, Dynamik und Chemie“, erläutert Heng. Ein Teil der Vision und Motivation besteht darin, andere Forschende dazu zu bringen, ihre Computersoftware zu veröffentlichen und der Gemeinschaft frei zur Verfügung zu stellen, um so den wissenschaftlichen Fortschritt zu beschleunigen, fügt er hinzu.
Ferne Gesteinszyklen erforschen
Ein weiterer Forschungsstrang des Projekts konzentrierte sich auf den Karbonat-Silikat-Zyklus, der auch als anorganischer Kohlenstoffkreislauf bekannt ist – die Reaktion zwischen Gestein und Wasser bei warmen Temperaturen. „Uns interessierte, ob die Zusammensetzung des Gesteins (das im Allgemeinen aus einer Mineralienmischung besteht) die Stärke und das Verhalten des Kreislaufs beeinflussen würde“, sagt Heng. Die Untersuchungen im Rahmen von EXOKLEIN haben ergeben, dass dies tatsächlich der Fall ist. „Um zu verstehen, wie der Kreislauf auf Exoplaneten im Allgemeinen funktioniert, muss man die Zusammensetzung des Gesteins auf der Oberfläche kennen“, bemerkt Heng. Das Team fand zudem heraus, dass die Zusammensetzung des Gesteins auf einem Exoplaneten direkt mit der Häufigkeit von feuerfesten Elementen – solchen mit hohem Schmelzpunkt – zusammenhängt, die in dem nahegelegenen Stern gefunden wurden. Und im Laufe der Forschungsarbeit erkannte das Team, dass geochemisches Ausgasen auch der Schlüssel zur Analyse des fernen Klimas ist. Auf der Erde setzen Vulkane zum Beispiel Gase frei, die Teil des anorganischen Kohlenstoffkreislaufs sind.
Unerwartete Entdeckungen
In einer ungeplanten Erkundung begann Heng zu erforschen, wie das von einer Atmosphäre reflektierte Sternenlicht in verschiedenen Wellenlängen aussehen würde. Heng entdeckte dann eine mathematische Lösung für ein altes Problem in der Planetenforschung, das erstmals 1916 von Henry Norris Russell aufgeworfen wurde und große Auswirkungen auf die Interpretation von Daten hat. „Das war ein wichtiges, ungeplantes Ergebnis des ERC-Projekts, auf das ich sehr stolz bin“, fügt er an. Da kleine, felsige Exoplaneten die Zukunft des Forschungsgebiets darstellen, werden die EXOKLEIN-Ergebnisse äußerst relevant für die Art und Weise sein, wie Daten von gegenwärtigen und zukünftigen Teleskopen gesammelt und interpretiert werden.
Schlüsselbegriffe
EXOKLEIN, rot, Zwerg, Exoplanet, geochemisch, Ausgasung, Entdeckungen, Forschung, Gestein, Zyklen
