Überraschende Erkenntnis: Exoplaneten speichern ihr Wasser tief im Inneren
Wasser ist nicht nur in unserem Sonnensystem weit verbreitet, sondern auch in anderen Planetensystemen. Ein Team von Wissenschaftlern geht davon aus, dass viele Planeten, die größer als die Erde sind, nicht nur über reichlich Wasser verfügen, sondern auf diesen auch lebensfähige Bedingungen herrschen könnten.
Mehr Wasser wird im inneren der Planeten gespeichert - und nicht an der Oberfläche
Die Astro-Wissenschaft hat die technischen Möglichkeiten, die Atmosphäre eines Planeten zu analysieren, um zu bestimmen, wie viel Wasser er sowohl im Inneren als auch auf der Oberfläche hat. Die Wassermenge kann Auskunft darüber geben, ob organische Substanzen und resistente Biosphären unter bestimmten Voraussetzungen entstehen könnten.
In ihrer neuen Studie vom 20. August berichten Forscher der ETH Zurich und der Princeton University aus New Jersey, dass sich der Großteil des Wassers auf Plenaten sich möglicherweise im Inneren der Planeten und nicht auf ihrer Oberfläche selbst befindet.
Forschung auf der Erde - übertragen auf extrasolare Planeten
Diese Exoplaneten werden je nach Größe oft auch als Super-Erden bezeichnet. Es sind Planeten außerhalb des Gravitationsfeldes unserer Sonne. Viele von ihnen haben eine mehrfache Masse der Erde. Die bisherigen Annahmen gingen davon aus, dass auf ihnen keine lebensfreundlichen Bedingungen herrschen können.
Mehr als 5500 Planeten bei anderen Sternen hat die Astro-Wissenschaft bislang katalogisiert. Etwa ein Drittel davon gelten als Super-Erden.
Bei vielen Exoplaneten konnten die Wissenschaftler bisher zwar die Masse und die Größe bestimmen und errechneten somoit auch deren durchschnittliche Dichte. Dagegen waren Aussagen über den inneren Aufbau sehr schwierig, ganz besonders die Untersuchungen, ob und wenn ja wieviel Wasser es auf ihnen geben könnte. Somit stützte sich die bisherige Forschung auf Vermutungen zur Wasserverteilung der Exoplaneten.
Da Wasser eine wichtige Voraussetzung der Entstehung von Leben ist, standen Super-Erden als Kandidaten auf der Suche nach Lebensspuren im Zentrum der internationalen Forschung.
Viele der Super-Erden seien zwar Wasserwelten, da sie ozeanische Flächen mit großen Tiefen enthielten.
Die große Masse der Super-Erden ist die Ursache für eine stärkere Schwerkraft. Das Resultat ist ein gewaltiger Druck am Boden der angenommenen Ozeane.
Dieser Druck würde dazu führen, dass sich Eis bildet, das wiederum das Gestein des Meeresbodens von dem Wasser des Ozeans abschirmen würde. Ohne die Mineralien des Meeresgesteins könnte nach heutigen Erkenntnissen kein Leben entstehen. Diese Schlussfolgerung der bisherigen Forschung führte dazu, dass man Super-Erden, trotz ihrer gewaltigen Wassermengen, als lebensfeindlich betrachtete.
Neue Forschung – neue Erkenntnisse
Das Team der Princeton University und der ETH stellt in ihren Modellen des Inneren von Planeten die bisherige Annahme von Wasserwelten infrage. Bei der Vorstellung ihre Studie erläuterten Haiyung Luo und Caroline Dorn von der ETH Zürich sowie Jie Deng von der Princeton University ihre Studie. Sie gehen davon aus, dass die Wassermengen deutlich größer seien, als bisher angenommen wurde.
Allerdings sei der größte Teil des Wassers, und zwar bis zu 95 Prozent, im Kern und im Mantel der Planeten gebunden. Dies führe dazu, dass nur ein kleiner Anteil von Wasser für die Oberfläche bliebe. Somit könnten auf diesen Planeten, abhängig von der richtigen Entfernung vom jeweiligen Zentralstern, lebensfreundliche Bedingungen herrschen, die denen unserer Erde ähneln würden.
Hintergrund: neue Erkenntnisse zum Aufbau der Erde
Bei der Präsentation ihrer Studie erläuterten die drei Forscher, dass der Ursprung und damit der Auslöser für die Studienerkenntnisse eine veränderte Sachlage über den Aufbau unserer Erde sei.
Vor vier Jahren stellte ein internationales Forschungsteam fest, dass im Inneren unserer Erde gewaltige Mengen an Wasser gebunden sind, die die Wassermenge aller Ozeane auf der Erdoberfläche um das Achtzigfache übersteigen würden.
Die Studie “The Earth’s core as a reservoir of water”, also „Der Erdkern als Wasserreservoir” erschien am 18. Mai 2020. Daraus folgte für das Forscherteam Luo, Dorn und Deng, dass es keinen Grund dafür gäbe, dass diese Erkenntnis auch für andere Planeten gelten müsse. Grundlage dafür sei, dass sich der Eisenkern eines Planeten nur langsam bilde.
Wasserbindung im Eisen: wie kommt es dazu?
so die Forscher bei der Vorstellung ihrer Studie. Dort nehme das Eisen das in der Entstehungsphase eines Planeten noch im Magma gebundene Wasser auf. Die Forscher haben festgestellt, dass Eisen, unter den extremen Bedingungen, wie sie im Inneren von Super-Erden herrschen, bis zu 70-mal mehr Wasser binden würden als Gestein.
Über die Eisentröpfchen gebunden sinke das Wasser in den Planetenkern hinab. Während ein Teil des Wassers aus dem Magma ausgase und so an die Oberfläche gelange, bliebe das Wasser im Eisenkern eingeschlossen.
Dies führe nach den Modellberechnungen der Studie zu ihrem überraschenden Befund: Super-Erden können einerseits deutlich mehr Wasser enthalten als bislang angenommen. Da aber der weitaus größte Teil davon im Inneren gebunden sei, führe dies nicht dazu, dass sie von einem tiefen globalen Ozean bedeckt seien.
Das Fazit der Forscher:
Quellenhinweise:
Studie The Earth’s core as a reservoir of water vom 18. Mai 2020