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Exoplaneten: Vom Eisball direkt zur Gluthölle

Im Lauf ihrer Existenz erhöhen sonnenähnliche Sterne allmählich ihren Energieausstoß. Für eisige Exoplaneten sind das aber nicht unbedingt nur gute Nachrichten.
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Sonnenähnliche Sterne geben für einige Milliarden Jahre annähernd gleichmäßig ihre Energie ab, die sie in ihrem Inneren durch die Fusion von Wasserstoff zu Helium erzeugen. Gleichzeitig werden solche Sterne mit zunehmendem Alter langsam, aber sicher heller. Für eisige Planeten ohne flüssiges Wasser könnte dies theoretisch eine gute Nachricht sein, wenn sie sich in ihren Sternsystemen bislang zu weit von ihren Zentralgestirnen entfernt befinden. Nun stellte ein chinesisches Forscherteam um Jun Yang von der Universität Peking anhand von Computersimulationen der Atmosphären solcher Welten fest, dass sie sich aber direkt zu einem Glutofen wie der Venus entwickeln können. Sie würden dann keine Phase lebensfreundlicher Bedingungen wie auf der Erde durchlaufen. Beispiele für Eiswelten in unserem Sonnensystem sind der Mars oder der Jupitermond Europa; unter den mehr als 3600 bestätigten Exoplaneten befinden sich zudem zahlreiche weitere Kandidaten.

Schuld an dieser abrupten Veränderung ist ein extremer Treibhauseffekt in den Atmosphären dieser Welten, den das verdampfende Wasser aus den Eisschichten erzeugt. Eine Welt, die von einer hellen Eisschicht überzogen ist, wirft den größten Teil des auftreffenden Sonnenlichts zurück ins All. Um einen solchen Planeten stärker aufzuheizen, muss sich daher die Strahlungsleistung des Sterns um 10 bis 40 Prozent erhöhen, bis es zu einer Reaktion kommt. Dann schmilzt das Eis, es entstehen Ozeane, und das Rückstrahlvermögen der Oberfläche, die Albedo, sinkt rapide, der Planet wird also wesentlich dunkler. Dadurch heizt er sich immer mehr auf, da er nun viel weniger Sonnenlicht ins All zurückwirft. Schnell setzt ein heftiger Treibhauseffekt ein – Wasserdampf ist beispielsweise das wichtigste Treibhausgas in der Erdatmosphäre –, und der Planet schwenkt innerhalb weniger tausend Jahre zu einem so genannten feuchten Treibhaus um. Möglich ist zudem, dass sich der Treibhauseffekt rasch immer weiter selbst verstärkt.

Auf einer feuchten Treibhauswelt gibt es noch heiße Ozeane, auf einem Planeten mit galoppierendem Treibhauseffekt verkochen dagegen alle Meere in kürzester Zeit und werden zu Wasserdampf. Dieser steigt in beiden Fällen in die hohen Schichten der Atmosphären auf und wird dort durch die energiereiche ultraviolette Strahlung seines Zentralgestirns in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Der Sauerstoff reagiert chemisch mit den Gesteinen der Planetenoberfläche und wird dadurch aus der Atmosphäre entfernt, während der Wasserstoff auf Nimmerwiedersehen in den Weltraum entweicht. Somit kann in geologisch kurzer Zeit ein ursprünglich wasserreicher Planet völlig austrocknen. Zurück bleibt eine lebensfeindliche Welt ähnlich wie die Venus in unserem Sonnensystem, auf deren Oberfläche rund 450 Grad Celsius herrschen und die von einer dichten Atmosphäre hauptsächlich aus Kohlendioxid umgeben ist.

31/2017

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 31/2017

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