In einer neuen Laborstudie über die anfänglichen Atmosphären von erdähnlichen Gesteinsplaneten erhitzten Forscher der University of California Proben eines urzeitlichen Meteoriten in einem Hochtemperaturofen und analysierten die gebildeten Gase.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die anfänglichen Atmosphären der terrestrischen Planeten erheblich von vielen gängigen Annahmen abweichen können, die in theoretischen Modellen planetarer Atmosphären verwendet werden. Diese Informationen werden wichtig sein, wenn wir beginnen, die Atmosphären von Exoplaneten mit neuen Teleskopen und fortschrittlichen Instrumenten zu beobachten.
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Es wird angenommen, dass sich die frühen Atmosphären von Gesteinsplaneten hauptsächlich aus Gasen gebildet haben, die von der Oberfläche des Planeten infolge intensiver Erwärmung während des Aufbaus von Planetenbausteinen und späterer vulkanischer Aktivität in den frühen Stadien der Entwicklung des Planeten freigesetzt wurden. Wenn die Bausteine eines Planeten zusammenkommen, erwärmt sich das Material und es bilden sich Gase, und wenn der Planet groß genug ist, werden die Gase als Atmosphäre eingeschlossen. Wissenschaftler versuchen, diesen sehr frühen Entstehungsprozess der Atmosphäre des Planeten im Labor zu simulieren.
Die Forscher analysierten drei Meteoriten, die als kohlenstoffhaltige Chondriten vom CM-Typ bekannt sind und von deren Zusammensetzung angenommen wird, dass sie repräsentativ für das Material sind, aus dem die Sonne und die Planeten entstanden sind. Chondriten unterscheiden sich von anderen Arten von Meteoriten dadurch, dass sie nicht heiß genug werden, um zu schmelzen, daher enthalten sie einige der primitivsten Komponenten, die uns Aufschluss über die Zusammensetzung des Sonnensystems geben können, als sich die Planeten bildeten.
In Zusammenarbeit mit Materialwissenschaftlern der Physikabteilung installierten die Forscher einen Ofen, der mit einem Massenspektrometer und einem Vakuumsystem verbunden war. Als die Meteoritenproben auf 1200 °C erhitzt wurden, analysierte das System die flüchtigen Gase, die sich aus den Mineralien in der Probe bilden. Wasserdampf war das vorherrschende Gas mit erheblichen Mengen an Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, außerdem wurden geringere Mengen an Wasserstoff und Schwefelwasserstoff freigesetzt.
Modelle planetarer Atmosphären gehen Experten zufolge häufig von einer sonnenähnlichen Zusammensetzung aus, die daher von Wasserstoff und Helium dominiert wird. "Aufgrund der Meteoritenentgasung würde man jedoch erwarten, dass Wasserdampf das vorherrschende Gas ist, gefolgt von Kohlenmonoxid und Kohlendioxid", sagen sie. „Die Verwendung der Sonnenzusammensetzung ist normal für große Planeten in Jupitergröße, die ihre Atmosphäre aus dem Sonnennebel beziehen, aber es wird angenommen, dass kleinere Planeten ihre Atmosphäre eher durch Ausgasen erhalten.
Die Forscher verglichen ihre Ergebnisse mit den Vorhersagen chemischer Gleichgewichtsmodelle auf Basis der Meteoritenzusammensetzung: „Qualitativ erhalten wir sehr ähnliche Ergebnisse wie die chemischen Gleichgewichtsmodelle vorhersagen, was hervorgehoben werden sollte, aber es gibt auch einige Unterschiede. Experimente sind notwendig, um zu sehen, was tatsächlich in der Praxis passiert. Wir wollen dies für eine Vielzahl von Meteoriten tun, um bessere Bedingungen für theoretische Modelle von Exoplanetenatmosphären zu schaffen."
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