Der Super-Earth 55 Cancri e (auch bekannt als Janssen) ist als Exoplanet etwas berühmt. Ursprünglich im Jahr 2004 entdeckt, war diese Welt eine der wenigen, deren Entdeckung vor der Kepler Mission. Bis 2016 war es auch der erste Exoplanet, dessen Atmosphäre erfolgreich charakterisiert wurde. Im Laufe der Jahre wurden auf diesem Planeten mehrere Studien durchgeführt, die einige interessante Dinge über seine Zusammensetzung und Struktur enthüllten.
Zum Beispiel glaubten Wissenschaftler einmal, dass 55 Cancri e ein „Diamantplanet“ sei, während neuere Arbeiten auf Daten aus dem Spitzer-Weltraumteleskop schlussfolgerte, dass seine Oberfläche mit Seen heißer Lava bedeckt war. Eine neue Studie von Wissenschaftlern des Jet Propulsion Laboratory der NASA zeigt jedoch, dass 55 Cancri e trotz seiner intensiven Oberflächenwärme eine Atmosphäre hat, die mit der der Erde vergleichbar ist, nur viel heißer!
Die Studie mit dem Titel „Ein Fall für eine Atmosphäre auf der Supererde 55 Cancri e“ erschien kürzlich in Das astrophysikalische Journal. Unter der Leitung von Isabel Angelo (Physik-Major an der UC Berkeley) führte das Paar mit Unterstützung von Renyu Hu - einem Astronomen und Hubble Fellow bei JPL und Caltech - eine detailliertere Analyse der Spitzer Daten zur Bestimmung der Wahrscheinlichkeit und Zusammensetzung einer Atmosphäre um 55 Cancri e.
Frühere Studien des Planeten haben festgestellt, dass diese Supererde (die doppelt so groß ist wie unser Planet) sehr nahe an ihrem Stern umkreist. Infolgedessen hat es eine sehr kurze Umlaufzeit von etwa 17 Stunden und 40 Minuten und ist gezeitengesperrt (wobei eine Seite ständig zum Stern zeigt). Zwischen Juni und Juli 2013 Spitzer beobachtete 55 Cancri e und erhielt Temperaturdaten mit seiner speziellen Infrarotkamera.
Anfänglich wurden die Temperaturdaten als Hinweis darauf angesehen, dass große Lavablagerungen auf der Oberfläche vorhanden waren. Nachdem das Team diese Daten erneut analysiert und mit einem neuen Modell kombiniert hatte, das zuvor von Hu entwickelt worden war, begann es an dieser Erklärung zu zweifeln. Nach ihren Erkenntnissen muss der Planet eine dicke Atmosphäre haben, da Lavaseen, die dem Weltraum ausgesetzt sind, heiße Flecken mit hohen Temperaturen erzeugen würden.
Darüber hinaus stellten sie fest, dass die Temperaturunterschiede zwischen Tag- und Nachtseite nicht so signifikant waren wie bisher angenommen - ein weiterer Hinweis auf eine Atmosphäre. Durch den Vergleich der Helligkeitsänderungen des Planeten mit Energieflussmodellen gelangte das Team zu dem Schluss, dass eine Atmosphäre mit flüchtigen Materialien die beste Erklärung für die hohen Temperaturen ist. Wie Renyu Hu kürzlich in einer Pressemitteilung der NASA erklärte:
„Wenn es auf diesem Planeten Lava gibt, müsste sie die gesamte Oberfläche bedecken. Aber die Lava würde durch die dichte Atmosphäre vor unserer Sicht verborgen bleiben. Wissenschaftler haben darüber diskutiert, ob dieser Planet eine Atmosphäre wie Erde und Venus hat oder nur einen felsigen Kern und keine Atmosphäre wie Merkur. Das Argument für eine Atmosphäre ist jetzt stärker als je zuvor. “
Unter Verwendung von Hus verbessertem Modell, wie Wärme über den Planeten fließen und zurück in den Weltraum strahlen würde, stellten sie fest, dass die Tagestemperaturen durchschnittlich 2573 K (2.300 ° C) betragen würden. In der Zwischenzeit würden die Temperaturen auf der „kalten“ Seite im Durchschnitt zwischen 1573 und 1673 K (1.300 und 1.400 ° C; 2.400 bis 2.600 ° F) liegen. Wenn der Planet keine Atmosphäre hätte, wären die Temperaturunterschiede weitaus extremer.
In Bezug auf die Zusammensetzung dieser Atmosphäre haben Angelo und Hu festgestellt, dass sie wahrscheinlich der der Erde ähnlich ist - sie enthält Stickstoff, Wasser und sogar Sauerstoff. Die atmosphärische Dichte war zwar viel heißer, schien aber auch der der Erde ähnlich zu sein, was darauf hindeutet, dass der Planet höchstwahrscheinlich felsig (auch bekannt als terrestrisch) ist. Auf der anderen Seite sind die Temperaturen viel zu hoch, als dass die Oberfläche flüssiges Wasser aufrechterhalten könnte, was die Bewohnbarkeit zu einem Nichtstarter macht.
Letztendlich wurde diese Studie durch Hus Entwicklung einer Methode ermöglicht, die die Untersuchung von Exoplanetenatmosphären und -oberflächen erleichtert. Angelo, die die Studie leitete, arbeitete im Rahmen ihres Praktikums bei JPL daran und passte Hus Modell an 55 Cancri e an. Bisher wurde dieses Modell nur auf Massengasriesen angewendet, die nahe an ihren jeweiligen Sonnen umkreisen (auch bekannt als „Hot Jupiters“).
Natürlich gibt es ungelöste Fragen, die diese Studie aufwirft, wie zum Beispiel, wie 55 Cancri e vermieden hat, seine Atmosphäre an den Weltraum zu verlieren. Angesichts der Nähe des Planeten zu seinem Stern und der Tatsache, dass er gezeitengesperrt ist, würde er intensiven Strahlungsmengen ausgesetzt sein. Weitere Studien können Aufschluss darüber geben, wie dies der Fall ist, und unser Verständnis großer, felsiger Planeten verbessern.
Die Anwendung dieses Modells auf eine Supererde ist das perfekte Beispiel dafür, wie sich die Exoplanetenforschung in den letzten Jahren entwickelt hat. Anfänglich beschränkten sich die Wissenschaftler darauf, Gasriesen zu untersuchen, die in der Nähe ihrer Sterne (sowie ihrer jeweiligen Atmosphäre) umkreisen, da diese am einfachsten zu erkennen und zu charakterisieren sind. Dank verbesserter Instrumente und Methoden wächst jedoch die Anzahl der Planeten, die wir untersuchen können.
