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Bis zu 95 % des Wassers eines Exoplaneten könnten für immer tief in seinem Eisenkern eingeschlossen sein, was das, was wir über Wasserwelten zu wissen glaubten, verändern und sie möglicherweise noch bewohnbarer machen würde, als wir dachten.
“Planeten „Die Gewässer sind viel wasserreicher als bisher angenommen“, sagte Caroline Dorn, Professorin für Exoplaneten an der ETH Zürich in der Schweiz, in a Stellungnahme.
Wann Planeten werden geboren Durch die Ansammlung von Trümmern und Kollisionen mit anderen Protoplaneten werden sie so heiß, dass ihre gesamte Oberfläche von einem Ozean aus geschmolzenem Gestein bedeckt ist. Dieses Magma kühlt schließlich ab und bildet einen silikatreichen Mantel und eine feste Kruste, die über einem tiefen Kern aus geschmolzenem Eisen liegt, der sich im Laufe der Zeit ansammelt, wenn schwereres Material in Richtung der Mitte des Planeten fließt.
Zu den Materialien, aus denen Planeten bestehen, gehört Wasser, und in der Frühzeit eines Planeten ist Wasser vorhanden und im Magma-Ozean gelöst. Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass junge Planeten ähnlich groß sind Größe und Masse der Erde – und daher mit relativ moderaten Innendrücken und Temperaturen – sind in der Lage, im Magma gelöstes Wasser in Richtung ihres Kerns zu ziehen. Das hat eine Studie tatsächlich ergeben Erde enthält mindestens zehnmal mehr Wasser sowohl im Inneren als auch an der Oberfläche in Form unserer vertrauten Ozeane.
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„Ein Großteil des Eisens ist zunächst in Form von Tröpfchen in der heißen Magmasuppe enthalten“, erklärt Dorn. Magmawasser kann sich mit diesen Eisentröpfchen verbinden, wenn sie in Richtung Kern sinken. „Die Eisentröpfchen verhalten sich wie ein Floß, das vom Wasser nach unten getragen wird. »
Für erdgroße Planeten ist das kein Problem, aber viele von Astronomen entdeckte felsige Exoplaneten sind viel größer als die Erde. Supererden Sie mögen bis zu zehnmal so schwer sein wie die unseres Planeten, aber es ist nicht eindeutig geklärt, ob solche Welten mit ihren extremeren inneren Bedingungen in der Lage sind, dem Magma-Ozean Wasser zu entziehen, wie es auf der Erde geschah.
Mithilfe von Computermodellen konnte Dorn zusammen mit den Forschern Haiyang Luo und Jie Deng von der Princeton University nun verstehen, wie Wasser mit der geschmolzenen Magmaoberfläche eines heißen jungen Gesteinsplaneten interagiert, und das sogar auf Supererden Im Inneren befindet sich ein Großteil des Wassers eines Planeten.
„Je größer der Planet und je größer seine Masse, desto mehr Wasser tendiert dazu, den Eisentröpfchen zu folgen und sich in den Kern zu integrieren“, erklärt Dorn. „Eisen kann unter bestimmten Umständen bis zu 70-mal mehr Wasser aufnehmen als Silikate. Aufgrund des enormen Drucks im Kern liegt Wasser jedoch nicht mehr in Form von H20-Molekülen vor, sondern in Form von Wasserstoff und Sauerstoff. »
Dieses Wasser ist so tief, dass es für immer im Kern eingeschlossen ist und keinen Zugang dazu hat. Daher ist es für Leben auf oder in der Nähe der Planetenoberfläche nutzlos. Es könnte jedoch auf andere Weise zur Bewohnbarkeit beitragen.
Durch Messung der Masse und des Radius von Exoplaneten – mithilfe von Doppler-Radialgeschwindigkeitsmessungen und Transitebzw. – wir können die Dichte dieser Welten berechnen (indem wir die Masse des Planeten durch sein Volumen dividieren, das aus seinem Radius berechnet wird). Einige Exoplaneten haben eine Dichte, die darauf hindeutet, dass ein erheblicher Anteil, vielleicht bis zu einem Viertel ihrer Masse, aus Wasser besteht.
Es wurde angenommen, dass dieses Wasser an der Oberfläche in Form eines mehrere Dutzend Kilometer tiefen Ozeans vorhanden sei. Wenn diese neue Studie jedoch zutrifft, würde sich das meiste Wasser in Wirklichkeit im Inneren des Planeten und der Wasserwelten befinden mit tiefen Ozeanen kann selten sein. Obwohl Wasser lebenswichtig ist, ist ein Planet mit nur Wasser an der Oberfläche (und ohne Land) möglicherweise nicht bewohnbar. Zum Beispiel fließen lebensnotwendige Nährstoffe vom Land ins Meer, und dieser Abflussprozess ist ein wesentlicher Teil des Kohlenstoffkreislaufs, der das globale Klima über lange Zeiträume hinweg aufrechterhält.
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Angeblich “Hycean„Die Welten – benannt nach einem Kunstwort aus Wasserstoff und Ozean – sind es wert, genauer untersucht zu werden“, sagt Dorn, „um die Theorie zu testen, dass Wasser in das Innere eines Planeten gelangt.“ Die Hycean-Planeten haben eine wasserstoffreiche Atmosphäre, es wurde aber auch angenommen, dass sie tiefe Ozeane mit bewohnbaren Temperaturen beherbergen könnten.
Wenn der Mantel eines Planeten abkühlt und bevor sich Ozeane bilden, kann ein Teil des in seinem Gestein gelösten Wassers ausgasen und an die Oberfläche steigen, wo es in die Atmosphäre abgegeben werden kann.
„Wenn wir also Wasser in der Atmosphäre eines Planeten finden, befindet sich darin wahrscheinlich noch viel mehr“, sagte Dorn.
Insbesondere der Exoplanet TOI-270dder um a kreist Roter Zwerg Der Stern, 73 Lichtjahre von der Erde entfernt und dessen Masse 4,78-mal so groß ist wie die unseres Planeten, interessiert Dorn, der Teil eines Teams war, das seine Atmosphäre mit untersuchte James Webb-Weltraumteleskop und ich fand Methan, Kohlendioxid und Wasserdampf.
„Dort wurden Beweise für die tatsächliche Existenz solcher Interaktionen gesammelt [of water] „zwischen dem Magma-Ozean im Inneren und der Atmosphäre“, sagte Dorn.
Die Fähigkeit von Wasser, in einen Planeten einzusickern, anstatt sich in großen Tiefen auf seiner Oberfläche zu sammeln, bedeutet, dass in der Galaxie ein noch größeres Potenzial für bewohnbarere Planeten mit flacheren Ozeanen besteht.
Die Forschung wurde heute (20. August) in der Zeitschrift veröffentlicht Natürliche Astronomie.