Ein Planet ohne Kategorie
Astronomen haben Jahrzehnte damit verbracht, Klassifizierungssysteme für Planeten zu entwickeln — felsige Terrestrische, Gasriesen, Eisriesen, heiße Jupiter — aber das Universum produziert weiterhin Objekte, die sich nicht ordentlich in eine Kategorie einordnen lassen. Das James-Webb-Weltraumteleskop hat nun Beobachtungen von L 98-59 d zurückgebracht, einem nahegelegenen Exoplaneten, der eine wirklich neue Klasse von Welt darzustellen scheint: eine, die hauptsächlich durch das Verhalten von Schwefel bei extremen Drücken und Temperaturen tief im Inneren definiert wird.
Die Ergebnisse, veröffentlicht in einer neuen Studie durch ein internationales Team von Astronomen, beschreiben einen Planeten, dessen Atmosphäre eine ungewöhnlich hohe Häufigkeit von schwefelhaltigen Molekülen trägt, dessen Dichte niedriger ist als für seine Größe zu erwarten wäre, und dessen innere Struktur einen riesigen Magmaozean zu enthalten scheint, der aktiv Schwefelverbindungen durch vulkanische Prozesse im planetaren Maßstab speichert und zykliert.
Das Ziel: L 98-59 d
L 98-59 d ist einer von drei Planeten, die den roten Zwergstern L 98-59 umkreisen, der sich etwa 35 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet. Das System ist seit seiner Entdeckung durch NASAs TESS-Mission von erheblichem astronomischen Interesse, da die Planeten einige der besten Gelegenheiten für die atmosphärische Charakterisierung kleiner felsiger Welten bieten. Mit etwa 1,5-facher Erdradius und der doppelten Masse befindet sich L 98-59 d in der Grenzregion zwischen kleinen felsigen Planeten und größeren Ozeanwelten oder Sub-Neptuns.
Seine Nähe zu seinem Mutterstern bedeutet, dass er intensive Strahlung erhält und in nur wenigen Tagen umkreist. Diese Bedingungen machen seine Atmosphäre heiß und dynamisch, ideal für spektroskopische Beobachtungen durch den Nah-Infrarot-Spektrographen des JWST.
Was JWST gefunden hat
Die atmosphärischen Beobachtungen des Teleskops zeigten Signaturen von Schwefeldioxid und anderen schwefelhaltigen Verbindungen in Konzentrationen, die alles übertroffen, was Astronomen von standardmäßigen vulkanischen Ausgasungsmodellen erwartet hatten, die auf Erde oder Venus kalibriert wurden. Überraschenderweise war die Gesamtdichte des Planeten niedriger, als seine Größe und Zusammensetzung vorhersagen würden, wenn er nur aus Gestein und Eisen bestünde.
Die Erklärung des Forschungsteams stützt sich auf Hochdruckchemie: L 98-59 d beherbergt wahrscheinlich einen tiefen Magmaozean — eine riesige Schicht geschmolzenen Silikatgesteins, die sich tausende Kilometer in sein Inneres erstreckt. Bei den enormen Drücken in diesen Tiefen verhält sich Schwefel anders als unter Oberflächenbedingungen. Anstatt frei in die Atmosphäre auszugasen, wird viel des Schwefels in das geschmolzene Gestein selbst eingebaut, bleibt im Magmaozean gelöst und senkt die Gesamtdichte des Planeten im Vergleich zu einem vollständig erstarrten Felskörper.
Vulkanische Chemie im planetaren Maßstab
Die von JWST beobachtbare atmosphärische Chemie stellt nur den Bruchteil des Schwefels dar, der dem Magmaozean in die Gasphase entkommen ist. Dieser Bruchteil ist immer noch groß genug, um charakteristische Spektralsignaturen zu erzeugen, kann aber nur einen kleinen Teil des Gesamtschwefels darstellen, den der Planet enthält. Die Forscher schätzen, dass der Magmaozean Schwefelkonzentrationen um Größenordnungen höher als im Erdinneren halten kann, aufrechterhalten durch intensive Wärme, die durch Gezeitenkräfte des Sterns und durch radiogenen Zerfall schwerer Elemente erzeugt wird.
Diese Art von Schwefelzyklus hat kein direktes Analogon in unserem Sonnensystem. Die Erde hat einen Schwefelvyklus, aber er funktioniert durch Plattentektonik, biologische Prozesse und mäßigen Vulkanismus. Der Umfang der Schwefelverarbeitung, der durch L 98-59 ds Beobachtungen impliziert wird, würde geochemische Aktivität auf grundlegend anderer Größenordnung darstellen.
Implikationen für die Planetenwissenschaft
Die Identifizierung von L 98-59 d als potenzieller Schwefelwelt hat mehrere wichtige Implikationen. Erstens deutet dies darauf hin, dass Magmaozean-Planeten möglicherweise viel häufiger sind als bisher erkannt, und dass sie chemische Signaturen erzeugen, die von JWST in Entfernungen von Dutzenden von Lichtjahren nachgewiesen werden können. Zweitens stellt es die bestehenden Klassifizierungsschemata in Frage, die Planeten nach Größe oder Zusammensetzung gruppieren, ohne die dominante Rolle zu berücksichtigen, die flüchtige Chemie — einschließlich Schwefel — bei der Bestimmung beobachtbarer Eigenschaften spielen kann.
Drittens wirft dies Fragen zu den Grenzen der Bewohnbarkeit auf. Schwefelreiche Umgebungen auf der Erde unterstützen extremophile Leben. Ob die Schwefelchemie auf L 98-59 d jemals Biologie ermöglichen könnte, ist stark spekulativ, aber die Entdeckung erweitert den chemischen Parameterraum, den Astrobiologen berücksichtigen müssen.
JWSTs wachsendes Exoplaneten-Portfolio
Die Ergebnisse von L 98-59 d tragen zu einem schnell wachsenden Katalog überraschender Beobachtungen von Exoplanetenatomosphären vom JWST bei. Seit Beginn des Wissenschaftsbetriebs hat das Teleskop Kohlendioxid, Methan und Wasserdampf in Exoplanetenatomosphären über eine Reihe von Planetentypen hinweg nachgewiesen und systematisch die empirische Grundlage für eine neue Wissenschaft der vergleichenden Planetologie aufgebaut. Jede Entdeckung verfeinert das Verständnis dafür, welche Arten von Welten existieren, wie häufig verschiedene chemische Regime sind, und welche Signaturen zukünftige Missionen möglicherweise nachweisen müssen, um Leben jenseits unseres Sonnensystems zu erkennen.
Dieser Artikel basiert auf Berichten von Science Daily. Lesen Sie den Originalartikel.
Originally published on sciencedaily.com
