Ein Künstlerkonzept der TRAPPIST-1-Welten, basierend auf verfügbaren Daten über die Eigenschaften der Planeten.
(Bild: © NASA / JPL-Caltech)
Die größte der Welten im TRAPPIST-1-System mit sieben Planeten weist eine Atmosphäre auf, die sich im Laufe der Zeit entwickelt hat, und nicht die, die sich damit gebildet hat.
Beobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop der NASA zeigen, dass sich die Atmosphäre des Planeten von seiner entstehenden Umgebung unterscheidet, was bedeutet, dass es sich höchstwahrscheinlich um eine felsige Welt handelt, die anderen im System ähnlich ist.
"Diese Atmosphäre ist nicht die, mit der sie geboren wurde", sagte Hannah Wakeford, Forscherin am Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland, gegenüber Space.com. Eine Geburtsatmosphäre wäre reich an Wasserstoff, was die Forscher nicht sehen. Stattdessen "wurde es durch verschiedene Prozesse geändert", sagte Wakeford. Die atmosphärische und geologische Aktivität könnte eine bedeutende Rolle bei den Veränderungen gespielt haben. [Exoplanet Tour: Treffen Sie die 7 erdgroßen Planeten von TRAPPIST-1]
Wakeford und ihre Kollegen verwendeten Hubble, um TRAPPIST-1 g, den sechsten Planeten vom Stern aus, zu untersuchen. Sie hatten zuvor die Atmosphären der ersten fünf Planeten untersucht, die durch die Buchstaben b bis f gekennzeichnet waren, und festgestellt, dass allen fünf Planeten die massiven Wasserstoffatmosphären fehlen, die auf Gasriesen hinweisen, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass sie felsig sind. Ihre vorherige Studie war nicht präzise genug gewesen, um festzustellen, ob TRAPPIST-1 g seine ursprüngliche Atmosphäre trug oder nicht.
"G war das letzte Fragezeichen", sagte Wakeford. "Genau wie seine Brüder und Schwestern enthält es keine ursprüngliche Atmosphäre. Es hat eine weiterentwickelte Atmosphäre."
Sie präsentierte die Ergebnisse im Januar auf dem Wintertreffen der American Astronomical Society in Seattle.
"Salz und Pfeffer"
2016 kündigten Astronomen des chilenischen Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope (TRAPPIST) ihre Entdeckung von drei Planeten um den dunklen Stern TRAPPIST-1 an. Innerhalb eines Jahres wurden vier weitere Welten entdeckt, was eine Gesamtzahl von sieben ergibt. Alle Planeten liegen in der bewohnbaren Zone ihres Sterns, der Region, in der flüssiges Wasser auf der Oberfläche eines Planeten verbleiben kann. Nur 40 Lichtjahre von der Erde entfernt enthält TRAPPIST-1 die meisten Planeten, von denen bekannt ist, dass sie in der bewohnbaren Zone eines einzelnen Sterns liegen.
TRAPPIST-1 g ist das größte der Welt. Schätzungen zufolge liegt es bei der 1,1-fachen Masse der Erde.
Wenn die Planeten Gasriesen sind, behalten sie ihre ursprüngliche, wasserstoffreiche Atmosphäre bei. Im Gegensatz dazu haben felsige Welten die Kraft, ihre Atmosphäre zu verändern. Die Bewegung von Kohlenstoff kann eine Schlüsselrolle in der sich entwickelnden Atmosphäre spielen. Das schmelzende Mantelmagma fängt Kohlenstoff unter der Oberfläche ein. Wenn sich das Magma zur Oberfläche bewegt, lässt der verringerte Druck den Kohlenstoff in Gasform entweichen. Auf der Erde wird eingeschlossenes Karbonat als Kohlendioxid freigesetzt, ein Treibhausgas, das es unserem Planeten ermöglicht, wärmer zu werden, indem die Wärme der Sonne eingefangen wird. Frühere Forschungen haben gezeigt, dass Welten wie Mars und Mond auch kohlenstoffreiches Material sowie andere Elemente einfangen und in gasförmiger Form in die Atmosphäre abgeben können.
M-Zwerge wie TRAPPIST-1, auch als rote Zwerge bekannt, bilden die höchste Population von Sternen in der Galaxie. Einige Studien legen nahe, dass drei von vier Sternen ein M-Zwerg sein könnten. Die langlebigen Sterne sind kühler und dunkler als sonnenähnliche Sterne, aber sie sind auch unglaublich aktiv und übergießen ihre Planeten mit Strahlung, die von starken Fackeln und Eruptionen getragen wird. [Wie man Sternentypen voneinander unterscheidet (Infografik)]
Ihre kühlen Temperaturen können auch Probleme bei der Suche nach Leben verursachen. Die massearmen M-Zwerge können sich in ihrer Atmosphäre Wolken und sogar Wasserdampf rühmen, ähnlich wie die größten Planeten. Diese Moleküle können falsche Signale für Astronomen erzeugen, die versuchen, die Atmosphären der sie umgebenden Welten zu untersuchen.
Während sich ein Planet zwischen seinem Stern und der Erde bewegt, können Astronomen das Licht untersuchen, das durch seinen Himmel strömt, um einige der Geheimnisse der Planetenatmosphäre zu entschlüsseln. Da sie Wassermoleküle tragen, können M-Zwerge den Prozess schwieriger machen. Es kann schwierig sein zu bestimmen, ob Signale, die auf das Vorhandensein von Wasser hinweisen, vom Planeten oder vom Stern kommen.
"Da der Stern diese Merkmale enthält, bedeutet dies, dass Sie nicht hundertprozentig sicher sein können, dass es nicht der Stern ist, den Sie messen", sagte Wakeford. "Man muss in der Lage sein, die Anwesenheit und die Wirkung des Sterns auf diese Planeten auszuschließen."
Wakeford und ihre Kollegen entwickelten eine Methode, um die Sternenkontamination zu beseitigen. Zunächst führten sie eine eingehende Untersuchung von TRAPPIST-1 durch und untersuchten, wie sich die Temperatur des Sterns an verschiedenen Orten änderte.
"Der Stern selbst ist eine Mischung aus drei verschiedenen Arten von Temperaturen", sagte Wakeford. Im Allgemeinen ist der Stern relativ kühl, ein Drittel davon ist mit etwas wärmeren Stellen von 2.726 Grad Celsius bedeckt. Weniger als 3 Prozent des Sterns sind mit extrem heißen Stellen bei einer Temperatur von 5.526 ° C (9.980 ° F) bedeckt.
Das liegt daran, dass TRAPPIST-1 von Sternflecken bedeckt ist, von denen Wakeford sagte, dass sie kleiner und dunkler sind als die auf unserer Sonne.
"Die Verteilung der Flecken ist wie bei Salz und Pfeffer - sie ist überall verteilt und gleichmäßig verteilt", sagte Wakeford.
Durch die Untersuchung des Sterns als einzelner Planet in seinem System, der zwischen ihm und der Erde verläuft, konnten die Astronomen untersuchen, wie sich die Temperatur des Sterns verändert hat.
"Wir können den Planeten tatsächlich als Sonde für die Temperatureigenschaften des Sterns verwenden", sagte Wakeford.
Mit diesen Informationen untersuchten die Astronomen dann die Atmosphäre des Planeten selbst und waren sich sicher, dass sie die vom Stern kommenden molekularen Signale erklären konnten. Sie konnten die große, geschwollene Wasserstoffatmosphäre um g ausschließen, die darauf hindeutete, dass es sich eher um einen Gasriesen als um eine felsige Welt handelte, deren Luft durch geologische und atmosphärische Prozesse verändert worden war.
"Das führt wirklich zur wahren terrestrischen Natur dieses Planeten", sagte Wakeford.
Das Team verwendete ihre Messungen auch, um den Radius des Planeten auf das 1,124-fache des Radius der Erde zu berechnen, was ihm eine Dichte knapp unter der unseres Planeten verleiht. Das passt fest zu TRAPPIST-1 g: Es ist eine felsige Welt.
Nachdem sechs der Planeten aus dem Weg sind, hoffen die Astronomen, ihre Aufmerksamkeit auf das siebte und letzte Objekt, TRAPPIST-1 h, zu lenken. Sie planen, den Planeten im Sommer 2019 zu studieren.
"Es wird wirklich aufregend sein, diese Methode erneut anzuwenden, nicht nur um zu sehen, woraus der Planet besteht, sondern auch um zu sehen, wie sich der Stern auf diesem Planeten verändert und beeinflusst", sagte Wakeford.
Darüber hinaus könnte das von ihnen entwickelte Verfahren zur Trennung der Wasserdampfverunreinigung von TRAPPIST-1 auch auf Beobachtungen anderer M-Zwerge angewendet werden.
Die Forschung wurde Ende 2018 im Astronomical Journal veröffentlicht.
