Feuchte Planeten mit Knalleffekt

In der Atmosphäre von Exoplaneten verbrennen hohe Konzentrationen von molekularem Wasser­stoff und Sauer­stoff zu Wasser. Diese blitzartige Reaktion bestimmt die Zusammen­setzung der Atmosphäre und schützt Planeten vor Wasser­verlust, wie Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) nun zeigen konnten.

Wenn in der planetaren Atmosphäre das richtige Niveau von molekularem Wasser­stoff und Sauer­stoff erreicht ist, kann es in einer sehr schnellen Reaktion zur Bildung von Wasser kommen. Das Team aus dem DLR-Institut für Planeten­forschung berechnete, dass der Mechanismus, der durch Lichtblitze in der Atmosphäre oder durch hoch­energetische kosmische Strahlung in Gang gesetzt wird, sehr große Mengen an Wasser freisetzen kann, die dann auf die Oberfläche fallen. „Diese lokalen Verbrennungen äußern sich durch eine schnelle Freisetzung von Energie in Form von Licht, Hitze und Schall. Es ist dieselbe Reaktion, die Raketen vorantreibt", erklärt DLR-Wissenschaftler John Lee Grenfell. So können Mengen entstehen, die bis zu zehnmal so groß sind wie irdische Ozeane.

Bei noch jungen Planeten­systemen wird das vorhandene Wasser, das sehr wahrscheinlich durch Kometen­einschläge geliefert wurde, durch starke Bestrahlung des Sterns gespalten. So entstehen molekularer Sauer­stoff und Wasser­stoff. Wasserstoff kann dem Schwerefeld des Planeten leicht entkommen, während sich der molekulare Sauerstoff in der Atmosphäre ansammelt. Ohne Recycling-Prozesse geht das Wasser in großen Mengen verloren und Ozeane werden trocken gelegt.

Das Team um Grenfell untersuchte Super-Erden – Planeten, deren Masse nicht größer ist als zehn Erdmassen und deren Radius zwischen einem und zwei Erdradien liegt –, die um einen relativ kühlen M-Stern kreisen. Der Recycling-Mechanismus, den Grenfell und sein Team beschreiben, kann den Wasserverlust von Super-Erden bremsen.

Durch die Spaltung des Wassers reichert sich nach und nach immer mehr molekularer Sauerstoff in der Atmosphäre an. Wird ein bestimmter Grenz­wert überschritten, kommt es zur Reaktion. Bei sehr trockenen Planeten kann molekularer Sauerstoff entstehen, wenn Kohlen­dioxid durch die Licht­energie des Sterns aufgespalten wird. So ist auch hier eine Verbrennung mit Wasserstoff zu Wasser möglich. Wie genau dieses Wasser als Nieder­schlag erscheinen würde, ist noch offen und kann Teil zukünftiger Arbeiten sein.

DLR / DE