Neues Modell: In der Nähe von Exoplanet TRAPPIST-1e kann genau das Richtige für das Leben sein

Versteckt zwischen einer verkochten Wüste und einem riesigen Schneeball, könnte eine fremde Welt namens TRAPPIST-1e der einzige bewohnbare Planet in einer neu entdeckten Gruppe von sieben sein, nach einem neuen Klimamodell.

Als die Forscher im Februar die Entdeckung von sieben Planeten ankündigten, die eng um den kühlen roten Stern TRAPPIST-1 kreisen, gab es einen Ansturm, mehr über die kleinen felsigen Welten zu erfahren und herauszufinden, ob sie bewohnbar sind. Einer der ersten Wissenschaftler, der das potenzielle Klima der Welt in die Tiefe modellierte, war Eric Wolf, ein Forscher an der Universität von Colorado, Boulder. Sein Modell wird zusammen mit anderen, die noch kommen werden, ein klareres Bild davon zeichnen, wie die Planeten des Systems tatsächlich sein könnten.

Wolf modellierte drei Planeten um TRAPPIST-1 herum und testete verschiedene potentielle Atmosphären, um zu sehen, ob flüssiges Wasser auf der Oberfläche eines Planeten existiert. Er stellte fest, dass in seiner Simulation nur einer der als potenziell bewohnbar eingestuften Planeten flüssiges Wasser speichern konnte. [Exoplanet Tour: Treffen Sie die 7 erdgroßen Planeten von TRAPPIST-1]

Schneebälle und Ausreißer

Insbesondere untersuchte Wolf die Planeten d, e und f um TRAPPIST-1 herum, das etwa 39 Lichtjahre von der Erde entfernt liegt. Er fand, dass der Planet d zu nahe an seinem Stern umkreist und eine dicke Wasserdampfatmosphäre aufbaut, die den Planeten noch weiter erhitzt und den Rest des Wassers kocht - ein entflammender Treibhauseffekt, der garantiert, dass der Planet zu heiß und trocken wird Gastgeber Leben im Laufe der Zeit. Der Planet f hingegen ist zu weit von seinem Stern entfernt, was ihn zu einem Schneeball macht; Jedes Oberflächenwasser wäre fest gefroren, und in dem Modell schien keine Kombination von Gasen in der Atmosphäre des Planeten es warm genug zu halten, sagte Wolf.

"Das lässt uns mit dem Planeten e als die echte Chance auf ein gemäßigtes, bewohnbares, erdähnliches Klima", sagte Wolf zu ProfoundSpace.org.

Um diese Schlussfolgerung zu ziehen, verwendete Wolf ein modifiziertes Atmosphärenmodell, das ursprünglich kalibriert wurde, um das Klima der Erde zu simulieren. Die Planeten von TRAPPIST-1, obwohl sie in der Erdgröße existieren, existieren unter ganz anderen Bedingungen als die Erde - die sieben Planeten drängen sich dicht an ihren ultrakalten roten Zwergstern und haben volle Umlaufbahnen zwischen 1,5 und 20 Tagen (verglichen mit 365,26 Tagen der Erde). Weil sie so nah an ihrem Stern sind, kreisen die Planeten wahrscheinlich mit einer Seite, die immer nach innen gerichtet ist. Der Stern gibt verschiedene Wellenlängen des Lichts ab als die Sonne; TRAPPIST-1 ist viel röter und strahlt längere Wellenlängen ab, auch im nahen Infrarotbereich.

Wolf benutzte den Janus Supercomputer an der Universität von Colorado und den Hyak Supercomputer an der Universität von Washington, um seine Berechnungen zu machen. Sein Artikel wurde zur Veröffentlichung in The Astrophysical Journal angenommen, und in der Zwischenzeit veröffentlichte er die Ergebnisse auf ArXiv.org.

Für diese Analyse nahm Wolf an, dass Wasser auf der Oberfläche der Planeten frei verfügbar sei. Er fand, dass mit einer erdähnlichen Atmosphäre etwa 20 Prozent der Oberfläche des Planeten nicht eisig sind - es würde wie ein Augapfel aussehen, mit einem warmen, geschmolzenen Fleck zum Stern hin - und du könntest die Erdtemperatur verdoppeln, indem du viel mehr hinzufügst Kohlendioxid in die Atmosphäre (oder verschiedene Kombinationen von Stickstoff und Kohlendioxid könnten diese Isolierung bieten).

Um den Abstand des Planeten f zum Stern auszugleichen und ihn für flüssiges Wasser warm genug zu machen, hat er versucht, etwa 30 bar Kohlendioxiddruck hinzuzufügen - etwa 30 Mal so viel wie der Druck der gesamten Erdatmosphäre auf Meereshöhe. Allerdings wäre der Planet f immer noch zu kalt, um das Leben aufzunehmen - so kalt, dass das Gas zu kondensieren beginnt und aus der Atmosphäre fällt.

Die weiter entfernten Planeten würden noch schlechter abschneiden, jedes verfügbare Wasser einfrieren und zu Schneebällen werden. Planet d wäre zu heiß, um Wasser zu halten, ungeachtet der Dicke und Zusammensetzung seiner Atmosphäre, je nach Modell, und auch die näher liegenden Planeten. Obwohl die ursprüngliche Veröffentlichung, die das System vor einem Monat veröffentlichte und in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde, postulierte, dass die Planeten e, f und g flüssige Ozeane beherbergen könnten, schlägt Wolfs komplexeres Modell vor, dass f und g zu bitterkalt wären.

"Der wichtigste Punkt ist, dass TRAPPIST- [1] e hier der echte Gewinner ist", sagte Wolf. Aber er wartet sehnsüchtig auf weitere Modelle; Wie bei der Modellierung des Klimawandels auf der Erde wird es viele verschiedene Techniken brauchen, um zu einem Konsens darüber zu kommen, welche Planetenatmosphären flüssiges Wasser zulassen könnten.

"Wir müssen verschiedene Modelle miteinander vergleichen, um zu einem Konsens zu gelangen, dass unsere Modelle das Richtige tun und wir eine gewisse Konvergenz unserer Ergebnisse erzielen können, um Urteile über diese Planeten zu fällen", fügte er hinzu.

Es gibt viele Variablen, die die Umgebung eines Planeten beeinflussen, und verschiedene Modelle behandeln diese Variablen auf unterschiedliche Weise. Wolfs Modell faltet, was viele andere Gase in der Atmosphäre bewirken würden, den kühlenden Einfluss von Wolken und die Art und Weise, wie Strahlung den Planeten erwärmt. Es vereinfacht auch die Funktionsweise des Ozeans. in Wirklichkeit könnten Meeresströmungen die Meereisbedeckung des Planeten reduzieren, indem sie Wärme von der wärmeren Tagseite zur kälteren Nachtseite transportieren. Andere Klimamodelle könnten für jede dieser Berechnungen unterschiedliche Entscheidungen treffen, und sie verbessern sich immer besser, wenn Forscher mehr darüber lernen, wie die Umwelt eines Planeten funktioniert. [TRAPPIST-1 ist das bisher unglaublichste Sternensystem - 5 erstaunliche Fakten]

Wonach schauen

Für TRAPPIST-1d, e und f modellierte Wolf die Temperatur über den Planeten und probierte dabei bestimmte Atmosphären aus. Für den Planeten e testete er kalte, gemäßigte und heiße Szenarien. Dann zeichnete er die Wärme, die von jedem Planeten mit einer bestimmten Atmosphäre abgegeben werden würde, sowie die Helligkeit des von der Oberfläche des Planeten in jedem Teil der Umlaufbahn reflektierten Lichts auf.Die Forscher werden in der Lage sein, diese Modelle mit realen Daten zu vergleichen, sobald sie vorliegen.

"Wenn wir diese Beobachtungen erhalten und sie mit unseren Modellresultaten vergleichen können, könnten wir vielleicht ein paar Schätzungen darüber anstellen, wie die Atmosphäre auf dem Planeten ist", sagte Wolf. Diese Modelle im Voraus zu erstellen, hilft den Forschern, sich auf diese Daten vorzubereiten, und legt auch nahe, welche für eine weitere Untersuchung am produktivsten sein könnten, fügte er hinzu. In der Zukunft planen er und seine Kollegen, die Spektren von Licht zu simulieren, das von den Planeten zurückkommen würde, damit die Forscher zukünftige Beobachtungen mit bestimmten Atmosphären abgleichen können.

"Es ist ein wirklich schönes Papier", sagte Anthony Del Genio, ein Forscher am Goddard Institute for Space Studies der NASA, der nicht an der Studie beteiligt war. "Nach meinem Wissen ist Eric [Wolf] der erste, der diese Art von Studie für das TRAPPIST-1-System durchführt - sicherlich ist er der erste, der eine 3D-Studie macht."

Del Genio bezieht sich auf ein 3D-Klimamodell, das den Planeten in vertikale Spalten unterteilt und verfolgt, wie sich die Bedingungen über die Säulen hinweg ändern, während ein eindimensionales Modell nur eine Spalte von Atmosphäre und Oberfläche untersucht. 3D-Modelle können mehr Nuancen in natürliche Phänomene einbauen und können mit Unterschieden auf der Tages- und Nachtseite des Planeten umgehen, was besonders wichtig für Orbs wie die TRAPPIST-1-Planeten ist, die immer der gleichen Seite zum Stern zugewandt sind.

Del Genio freut sich darauf, was andere Modelle enthüllen könnten, insbesondere Details zu den Planeten d und f. Verschiedene Behandlungen könnten unterschiedliche Ergebnisse für die potentielle Bewohnbarkeit der Planeten liefern, sagte er. Aber jetzt bietet Wolfs Studie einen guten Vorschlag dafür, wonach man suchen sollte, wenn Forscher leistungsfähigere Teleskope auf das Sternensystem stellen.

"Er hat wirklich die Grundlagen für die Charakterisierung dieses Systems gelegt, und ich würde sagen, wenn Sie ein Astronom sind, der daran denkt, das TRAPPIST-System zu beobachten, um die Atmosphäre zu charakterisieren, wissen Sie als Ergebnis dieser Studie, welchen Planeten Sie besuchen möchten nach dem ersten ", sagte Del Genio zu ProfoundSpace.org.