Das Messen des atmosphärischen Drucks eines entfernten Exoplaneten mag wie eine entmutigende Aufgabe erscheinen, aber Astronomen an der University of Washington haben jetzt eine neue Technik entwickelt, um genau das zu tun.
Als die ersten Entdeckungen von Exoplaneten einsetzten, legten die Astronomen großen Wert darauf, Planeten in der bewohnbaren Zone zu finden - dem Band um einen Stern, in dem Wasser weder gefriert noch kocht. Die Charakterisierung der Umwelt und der Bewohnbarkeit eines Exoplaneten hängt jedoch nicht nur von der Oberflächentemperatur des Planeten ab.
Der atmosphärische Druck ist ebenso wichtig, um zu beurteilen, ob die Oberfläche eines Exoplaneten wahrscheinlich flüssiges Wasser enthält oder nicht. Jeder, der mit Camping in großer Höhe vertraut ist, sollte genau wissen, wie sich der Druck auf den Siedepunkt des Wassers auswirkt.
Die von Amit Misra, einem Doktoranden, entwickelte Methode beinhaltet die Isolierung von „Dimeren“ - gebundenen Molekülpaaren, die sich bei hohen Drücken und Dichten in der Atmosphäre eines Planeten bilden - und nicht zu verwechseln mit „Monomeren“, die einfach frei schweben Moleküle. Obwohl es viele Arten von Dimeren gibt, konzentrierte sich das Forscherteam ausschließlich auf Sauerstoffmoleküle, die vorübergehend durch Wasserstoffbrücken aneinander gebunden sind.
Wir können indirekt Dimere in der Atmosphäre eines Exoplaneten nachweisen, wenn der Exoplanet vor seinem Wirtsstern durchläuft. Während das Licht des Sterns durch eine dünne Schicht der Planetenatmosphäre fällt, absorbieren die Dimere bestimmte Wellenlängen davon. Sobald das Sternenlicht die Erde erreicht, wird es mit den chemischen Fingerabdrücken der Dimere bedruckt.
Dimere absorbieren Licht in einem charakteristischen Muster, das aufgrund der Rotationsbewegung der Moleküle typischerweise vier Peaks aufweist. Die Absorptionsmenge kann sich jedoch in Abhängigkeit vom atmosphärischen Druck und der Dichte ändern. Dieser Unterschied ist bei Dimeren viel ausgeprägter als bei Monomeren, so dass Astronomen auf der Grundlage des Verhältnisses dieser beiden Signaturen zusätzliche Informationen über den atmosphärischen Druck erhalten können.
Während bereits im letzten Jahr Wasserdimere in der Erdatmosphäre entdeckt wurden, können Astronomen mithilfe leistungsfähiger Teleskope, die bald online gehen werden, diese Methode zur Beobachtung entfernter Exoplaneten verwenden. Das Team analysierte die Wahrscheinlichkeit, mit dem James Webb-Weltraumteleskop eine solche Erkennung durchzuführen, und fand es schwierig, aber möglich.
Der Nachweis von Dimeren in der Atmosphäre eines Exoplaneten würde uns nicht nur helfen, den atmosphärischen Druck und damit den Zustand des Wassers auf der Oberfläche zu bewerten, sondern auch andere Biosignaturmarker. Sauerstoff ist direkt an die Photosynthese gebunden und wird in der Atmosphäre eines Exoplaneten höchstwahrscheinlich nicht reichlich vorhanden sein, es sei denn, er wird regelmäßig von Algen oder anderen Pflanzen produziert.
„Wenn wir also einen guten Zielplaneten finden und Sie diese Dimermoleküle nachweisen könnten - was in den nächsten 10 bis 15 Jahren möglich sein könnte -, würde dies nicht nur etwas über Druck aussagen, sondern Ihnen auch sagen, dass es Leben auf diesem Planeten gibt ", Sagte Misra in einer Pressemitteilung.
Das Papier wurde in der Februar-Ausgabe von Astrobiology veröffentlicht und steht hier zum Download zur Verfügung.
