Der Künstler stellte einen Exoplaneten dar, der kleiner als Neptun war. Eine neue Studie legt den Grund nahe, warum solche Planeten selten größer als Neptun werden: Die magmatischen Ozeane des Planeten beginnen, den Himmel zu verschlingen.
Bereitgestellt von: NASA / ESA / G. Speck (STScI) / L. Kreidberg & J. Bean (U. Chicago) / H. Knutson (Caltech)Soweit wir wussten, war unser Sonnensystem viele Jahre lang das einzige im Universum. Dann entdeckten fortgeschrittenere Teleskope eine Schatzkammer von Planeten, die ferne Sterne umkreisten.
Im Jahr 2014 bot das Kepler-Weltraumteleskop der NASA den Wissenschaftlern ein echtes Buffet mit mehr als 700 völlig neuen fernen Exoplaneten, von denen viele nicht den bisher bekannten entsprachen. Im Vergleich zu Gasriesen wie Jupiter, die in früheren Studien zum ersten Mal entdeckt wurden, weil sie leichter zu sehen sind, waren diese Planeten größtenteils felsig und kleiner.
Wissenschaftler haben bemerkt, dass es viele solcher Planeten gibt, die die Größe der Erde haben oder etwas größer sind als sie, aber bevor die Planeten die Größe von Neptun erreichen, gibt es eine steile Entladung. "Wir wundern uns, warum Planeten normalerweise nicht mehr um mehr als drei Größen der Erde wachsen", sagte Edwin Kite, Planetologe an der Universität von Chicago.
In einem Artikel, der am 17. Dezember in den Astrophysical Journal Letters veröffentlicht wurde, bieten E. Kite und seine Kollegen von der Washington University, der Stanford University und der University of Pennsylvania eine innovative Erklärung für diese Entladung: Magma-Ozeane auf der Oberfläche dieser Planeten absorbieren leicht ihre Atmosphäre, sobald die Planeten etwa dreimal so groß sind Von der Erde.
E. Kite, der sich mit der Geschichte des Mars und dem Klima anderer Welten befasst, war auf das Studium dieses Themas gut vorbereitet. Er glaubte, dass die Antwort von einem schlecht verstandenen Aspekt solcher Exoplaneten abhängen könnte. Es wird angenommen, dass es auf den meisten Planeten, die etwas kleiner sind als die Größe der Entladung, Ozeane aus Magma gibt - riesige Meere aus geschmolzenem Gestein, ähnlich denen, die einst die Erde bedeckten. Aber anstatt wie wir zu härten, bleiben sie unter einer dicken Schicht wasserstoffreicher Atmosphäre heiß.
"Bis jetzt haben fast alle Modelle, die wir bisher ignoriert haben, das Vorhandensein von Magma als chemisch inert eingestuft, aber das flüssige Gestein ist fast so flüssig wie Wasser und chemisch aktiv", sagte E. Kite.
E. Kite und seine Kollegen überlegten, ob der Ozean den Himmel „verschlingen“ kann, wenn sich auf den Planeten mehr Wasserstoff ansammelt. Wenn der Planet in diesem Szenario mehr Gas erwirbt, baut er sich in der Atmosphäre auf, und der Druck am Boden der Atmosphäre, wo er auf Magma trifft, beginnt zuzunehmen. Zuerst absorbiert Magma das zugesetzte Gas mit einer konstanten Geschwindigkeit, aber mit zunehmendem Druck beginnt sich Wasserstoff viel leichter in Magma aufzulösen.
"Nicht nur das, sondern auch ein kleiner Teil des zugesetzten Gases, das in der Atmosphäre verbleibt, erhöht den atmosphärischen Druck, und so löst sich ein noch größerer Teil des später hereinkommenden Gases im Magma", sagte E. Kite.
Auf diese Weise verlangsamt sich das Wachstum des Planeten, noch bevor es die Größe von Neptun erreicht. (Da der Großteil des Volumens dieser Planeten die Atmosphäre ist, ziehen sich die Planeten zusammen, wenn die Atmosphäre komprimiert wird.)
Die Autoren bezeichnen dies als „Krise der Flüchtigkeit“, einen Begriff, der misst, wie viel leichter sich ein Gas in einem Gemisch löst, verglichen mit druckbasierten Ergebnissen.
Diese Theorie stimmt gut mit den vorhandenen Beobachtungen überein, sagte E. Kite. Es gibt auch einige Marker, nach denen Astronomen in Zukunft suchen könnten. Wenn die Theorie z. B. richtig ist, sollten Planeten mit magmatischen Ozeanen, die kalt genug sind, um an der Oberfläche zu kristallisieren, unterschiedliche Profile haben, da dies verhindert, dass der Ozean so viel Wasserstoff absorbiert. Aktuelle und zukünftige Forschungen mit TESS und anderen Teleskopen sollten den Astronomen mehr Daten zur Verfügung stellen, mit denen sie arbeiten können.
"Es gibt nichts Vergleichbares in unserem Sonnensystem", sagte E. Kite. "Obwohl unsere Arbeit eine Lösung für eines der Rätsel der Sub-Neptun-Exoplaneten bietet, haben wir noch viel zu tun!"
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