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Diese Frage ist inspiriert, aber anders als: Was passiert, wenn ein Eiswürfel im Weltraum zurückbleibt?
Marks akzeptierte Antwort lautet: „… wenn Sie Ihren Eiswürfel in die Oortsche Wolke stecken, wird er wachsen: Die mittlere Oberflächentemperatur beträgt 40 K oder weniger,…“.
Worauf die offensichtliche Antwort lautet Alles hat einen Dampfdruck, also wird alles im Vakuum des Weltraums irgendwann verdampfen. Dementsprechend dachte ich, es könnte sich lohnen zu untersuchen, warum Eiskörner tun existieren. Dafür brauchen wir einige Zahlen.
Dampfdruck von Wasser bei 40K
Die meisten Charts gehen nicht so tief. Die beste Zahl, die mir eingefallen ist, waren die Bilder in Water Ice Films in Cryogenic Vacuum Chambers, einer Doktorarbeit von Jesse Michael Labello. Abbildung 4 auf Seite 4 enthält Grafiken, die durch Vermutungen extrapoliert werden, darauf hin, dass der Dampfdruck von Wasser bei 40 K weniger als . beträgt $10^{-26}$ tor.
Luftdruck im Weltraum
Der atmosphärische Druck des Mondes ist $10^{-11}$ torr, und die New World Encyclopedia sagt, der interstellare Raum sei $10^{-16}$ torr, und einige Antworten auf Physik Diese Site schlägt vor $10^{-25}$ für den intergalaktischen Raum.
Es scheint daher, dass Eiskörner bei 40 K nicht verdampfen, weil ihr Dampfdruck nicht hoch genug ist. Folgt also:
- Dass Eiskörner selbst bei 40K verdampfen würden, wenn sie sich in einem Vakuum befinden würden?
- Dass, wenn das Eis mit seinem Dampf im Gleichgewicht ist, die relative Luftfeuchtigkeit des interstellaren Raums 100 % beträgt? Oder ist der Prozess der Verdunstung/Kondensation kinetisch so langsam, dass das Universum zu jung ist, um ein Gleichgewicht erreicht zu haben?
Wasserdampf
Wasser zirkuliert ständig durch die Atmosphäre. Wasser verdunstet von der Erdoberfläche und steigt mit warmen Aufwinden in die Atmosphäre auf. Es kondensiert zu Wolken, wird vom Wind verweht und fällt dann als Regen oder Schnee auf die Erde zurück. Dieser Kreislauf ist ein wichtiger Weg, um Wärme und Energie von der Erdoberfläche in die Atmosphäre zu übertragen und von einem Ort zum anderen auf unserem Planeten zu transportieren.
Wasserdampf ist auch das wichtigste Treibhausgas in der Atmosphäre. Die von der Erdoberfläche abgestrahlte Wärme wird von Wasserdampfmolekülen in der unteren Atmosphäre absorbiert. Die Wasserdampfmoleküle wiederum strahlen Wärme in alle Richtungen ab. Ein Teil der Wärme kehrt zur Erdoberfläche zurück. Somit ist Wasserdampf eine zweite Wärmequelle (neben Sonnenlicht) an der Erdoberfläche.
Diese Karten zeigen die durchschnittliche Menge an Wasserdampf in einer Atmosphärensäule in einem bestimmten Monat. Die Einheiten werden in Zentimetern angegeben, was der äquivalenten Wassermenge entspricht, die produziert werden könnte, wenn der gesamte Wasserdampf in der Kolonne kondensiert. Die geringsten Wasserdampfmengen (0 Zentimeter) erscheinen in Weiß und die höchsten Mengen (6 Zentimeter) in Dunkelblau. Bereiche mit fehlenden Daten werden in Grauschattierungen angezeigt. Die Karten basieren auf Daten, die vom Sensor des Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) des NASA&aposs Aqua-Satelliten gesammelt wurden.
Das auffälligste Muster in der Zeitreihe ist der Einfluss jahreszeitlicher Temperaturänderungen und des einfallenden Sonnenlichts auf den Wasserdampf. In den Tropen wackelt im Wechsel der Jahreszeiten ein Band extrem feuchter Luft nördlich und südlich des Äquators. Dieses Feuchtigkeitsband ist Teil der Intertropischen Konvergenzzone, in der die östlichen Passatwinde von jeder Hemisphäre zusammenlaufen und fast täglich Gewitter und Wolken produzieren. Weiter vom Äquator entfernt sind die Wasserdampfkonzentrationen in der Sommerhalbkugel hoch und in der Winterhalbkugel niedrig.
Ein weiteres Muster, das sich in den Zeitreihen zeigt, ist, dass die Wasserdampfmengen über Landflächen in den Wintermonaten stärker abnehmen als angrenzende Meeresgebiete. Dies liegt vor allem daran, dass die Lufttemperaturen über dem Land im Winter stärker sinken als die Temperaturen über dem Meer. Wasserdampf kondensiert in kälterer Luft schneller.
Zeigen Sie weitere dieser Daten von NASA Earth Observations (NEO) an, laden Sie sie herunter oder analysieren Sie sie:
Wasserdampf
Antworten
Diese Frage haben wir Luca Montabone, Abteilung Atmospheric, Oceanic and Planetary Physics, Oxford University, gestellt.
Auf der Erde kann Wasser in allen drei Formen vorliegen, nämlich als Feststoff, Flüssigkeit oder Gas. Durch die Verdunstung wird flüssiges Wasser in Wasserdampf umgewandelt, der sich dann als Gas frei in der Atmosphäre bewegen kann.
Jetzt sind atmosphärische Moleküle, einschließlich Wasserdampfmoleküle, in ständiger Bewegung in alle Richtungen. Ohne das Gravitationsfeld der Erde wären diejenigen, die sich vom Planeten entfernen, verloren. Selbst im Gravitationsfeld, im oberen dünnen Teil der Atmosphäre, hat ein sich nach außen bewegendes Molekül kaum eine Chance, mit einem anderen zu kollidieren und könnte daher bei ausreichender Geschwindigkeit entkommen.
Die durchschnittliche Geschwindigkeit des Gases, zum Beispiel Wasserdampf, hängt von seiner Temperatur ab. Die Temperaturbedingungen in der Höhe, aus der Wassermoleküle entweichen können, deuten darauf hin, dass die Erde Wasserdampf über geologische Zeitskalen, also über mehrere Milliarden Jahre, zurückhalten kann.
Begünstigt wird das Zurückhalten von Wasserdampf auf unserem Planeten auch dadurch, dass er kondensieren kann, in einer Höhe weit unterhalb derjenigen, aus der Wassermoleküle entweichen können, Wolken bildet und sich als Regen oder Schnee auf den Boden niederschlägt.
Hinzu kommt, dass beispielsweise bei jedem Vulkanausbruch auch Wasser aus dem Inneren des Planeten in den Wasserkreislauf eingebracht wird.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass selbst wenn einige Wassermoleküle kontinuierlich in den Weltraum verloren gehen, der durchschnittliche Pegel über geologische Zeiten hinweg ziemlich konstant bleibt, was wir wollen!
Ceres: Wasserdampf auf dem Zwergplaneten entdeckt
Dies ist eine künstlerische Darstellung des Zwergplaneten Ceres. Bildnachweis: NASA / JPL-Caltech.
Ceres ist etwa 950 km breit und wurde am 01. Januar 1801 vom sizilianischen Astronomen Pater Giuseppe Piazzi entdeckt.
Astronomen dachten, es sei ein Planet, der zwischen Mars und Jupiter kreist. Später wurden andere kosmische Körper mit ähnlichen Umlaufbahnen gefunden, die die Entdeckung des Asteroidengürtels markierten.
Planetenforscher glauben, dass Ceres einen felsigen inneren Kern, einen eisigen Mantel und eine dünne äußere Kruste hat, die aus seiner Dichte und Rotationsrate von 9 Stunden abgeleitet werden. Die Materialien, aus denen Ceres besteht, stammen wahrscheinlich aus den ersten paar Millionen Jahren der Existenz unseres Sonnensystems und haben sich vor der Entstehung der Planeten angesammelt.
Der Zwergplanet Ceres aus Sicht des Hubble-Weltraumteleskops. Bildnachweis: NASA / ESA / SWRI / Cornell University / University of Maryland / STSci.
Im letzten Jahrhundert war Ceres als der größte Asteroid im Sonnensystem bekannt. Aber im Jahr 2006 hat die Internationale Astronomische Union Ceres wegen seiner Größe als Zwergplanet neu klassifiziert.
Bisher wurde die Existenz von Eis auf Ceres theoretisiert, aber nicht schlüssig nachgewiesen. Es bedurfte Herschels Ferninfrarotsicht, um endlich eine klare spektrale Signatur des Wasserdampfs zu erkennen.
“Dies ist das erste Mal, dass Wasserdampf auf Ceres oder einem anderen Objekt im Asteroidengürtel eindeutig nachgewiesen wurde und beweist, dass Ceres eine eisige Oberfläche und eine Atmosphäre hat,”, sagte Dr. Michael Küppers vom European Space Astronomy Center in Spanien, der Hauptautor eines in der Zeitschrift veröffentlichten Artikels Natur.
Dieses Diagramm zeigt die Variabilität in der Intensität des Wasserabsorptionssignals, das bei Ceres von Herschel nachgewiesen wurde. Die intensivsten Messwerte entsprechen zwei dunklen Regionen auf der Oberfläche, die als Piazzi und Region A bekannt sind und im bodengestützten Bild von Ceres vom Keck-Observatorium identifiziert wurden. Die beiden Datenpunkte bei 110 Grad Länge wurden in einem Zeitintervall von etwa 9 Stunden aufgenommen – gleich der Ceres-Rotationsperiode – und zeigen, dass eine Variabilität der Wasserdampfproduktion auch über kurze Zeiträume möglich ist. Bildnachweis: ESA, NASA, adaptiert von Kuppers et al.
Die Wasserverdunstung könnte auf kometenartige Sublimation zurückzuführen sein (ein Teil der eisigen Oberfläche von Ceres wird so warm, dass Wasserdampf mit einer Geschwindigkeit von etwa 6 kg pro Sekunde in Wolken entweicht) oder durch Kryo-Vulkanismus, bei dem Vulkane Eruption flüchtiger Stoffe wie Wasser anstelle von geschmolzenem Gestein.
Michael Küpperset al. 2014. Lokalisierte Wasserdampfquellen auf dem Zwergplaneten (1) Ceres. Natur 505, S. 525–527 doi: 10.1038/nature12918
Wissenschaftler finden Wasserdampf in einer Supererde-Atmosphäre
UPDATE: Seit diese Geschichte am Mittwoch veröffentlicht wurde, gab es einen Feuersturm der Kontroversen darüber. Wir haben am Sonntag eine Fortsetzung. Lesen Sie diese zuerst …
Wissenschaftler gaben heute (11. September 2019) eine weitere aufregende Entdeckung in Bezug auf potenziell bewohnbare Exoplaneten bekannt. Zum ersten Mal haben sie Wasserdampf in der Atmosphäre einer entfernten Supererde – namens K2-18b – entdeckt, die ihren Stern in der bewohnbaren Zone umkreist. Das Wort “habitable” bedeutet in diesem Zusammenhang nicht, dass Menschen dort leben könnten. Die bewohnbare Zone eines Sterns ist die Zone, in der flüssiges Wasser Macht existieren, und Wasser ist essenziell für das Leben, wie wir es kennen. Dieser spezielle Exoplanet hat auch für irdische Verhältnisse relativ moderate Temperaturen. Mit bestätigtem Wasserdampf und bewohnbaren Temperaturen ist K2-18b gerade zu einem sehr faszinierenden Ziel bei der Suche nach Leben geworden.
Die von Experten begutachtete Entdeckung wurde heute (11. September 2019) in einem Papier veröffentlicht Naturastronomie, von Forschern des University College London (UCL). Ein weiteres Paper (Entwurfsversion) wurde ebenfalls am 10. September 2019 auf ArXiv veröffentlicht.
Die neue Arbeit stammt aus Beobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop. Es ist die erste insgesamt erfolgreiche atmosphärische Analyse eines Exoplaneten in der bewohnbaren Zone seines Sterns. Solche Studien haben sich aufgrund der Entfernungen dieser Welten und ihrer geringeren Größe im Vergleich zu Gasriesen wie Jupiter als schwierig erwiesen.
Wasser wurde in der Atmosphäre eines "Super-Erde"-Exoplaneten entdeckt, der seinen Stern innerhalb der bewohnbaren Zone umkreist. Obwohl nicht erwartet wird, dass die Atmosphäre des Exoplaneten nach menschlichen Maßstäben "bewohnbar" ist, ist dies eine bemerkenswerte Entdeckung: https://t.co/CzkgUzdnPp pic.twitter.com/wqkABFnJ00
&mdash Ian O'Neill (@astroengine) 11. September 2019
Laut Angelos Tsiaras vom UCL’s Center for Space Exochemistry Data (CSED) und Erstautor des neuen Papiers:
Wasser in einer anderen potenziell bewohnbaren Welt als der Erde zu finden, ist unglaublich aufregend. K2-18b ist nicht „Earth 2.0“, da es deutlich schwerer ist und eine andere atmosphärische Zusammensetzung hat. Es bringt uns jedoch der Beantwortung der grundlegenden Frage näher: Ist die Erde einzigartig?
Die Analyse der Atmosphäre von K2-18b basierte auf Daten des Hubble-Weltraumteleskops. Bei dieser Analyse fanden die Wissenschaftler auch atmosphärischen Wasserstoff und Helium. Sie glauben, dass auch Stickstoff und Methan vorhanden sein könnten, aber weitere Studien sind erforderlich, um dies zu bestätigen oder nicht. Wissenschaftler müssen auch herausfinden, wie bewölkt die Atmosphäre ist und wie viel Wasserdampf prozentual vorhanden ist. Sie halten es auch für wahrscheinlich, dass es in der Atmosphäre von K2-18b auch Wasserwolken gibt, und möglicherweise sogar Regen. Aus dem zweiten Papier:
Aufgrund der relativ geringen Einstrahlung des Sterns ist die Temperatur von K2-18b so niedrig, dass der nachgewiesene Wasserdampf plausibel zu Flüssigkeitströpfchen kondensieren kann. Es ist daher möglich, dass in der mittleren Atmosphäre von K2-18b flüssiger Wasserregen ausfällt.
Unsere Entdeckung macht K2-18b zu einem der interessantesten Ziele für zukünftige Studien. Über 4.000 Exoplaneten wurden entdeckt, aber wir wissen nicht viel über ihre Zusammensetzung und Natur. Durch die Beobachtung einer großen Anzahl von Planeten hoffen wir, Geheimnisse über ihre Chemie, Entstehung und Entwicklung zu enthüllen.
Diese Studie trägt zu unserem Verständnis von bewohnbaren Welten außerhalb unseres Sonnensystems bei und markiert eine neue Ära in der Exoplanetenforschung, die entscheidend ist, um die Erde, unsere einzige Heimat, letztendlich in das Gesamtbild des Kosmos einzuordnen.
Wie bereits erwähnt, ist K2-18b eine Supererde, ein Planet, der größer als die Erde, aber kleiner als Neptun ist. Er umkreist alle 33 Tage den Roten Zwergstern K2-18 und ist 110 Lichtjahre entfernt in Richtung des Sternbildes Löwe. Das Kepler-Weltraumteleskop der NASA entdeckte diese Welt im Jahr 2015. Die tatsächlichen Bedingungen auf der Oberfläche des Planeten sind noch nicht bekannt, aber sein roter Zwergstern ist ziemlich aktiv, was bedeutet, dass der Planet ultravioletter Strahlung ausgesetzt ist, für die rote Zwerge berühmt sind zum. Aktuelle Studien deuten jedoch darauf hin, dass K2-18b von seinem Stern etwa genauso viel Strahlung erhält wie die Erde von der Sonne. Das wäre gut für die Möglichkeit des Lebens. Dennoch gibt es viele Unbekannte, wenn es um andere Faktoren geht, die die Bewohnbarkeit dieser Welt beeinflussen.
Eine frühere Studie sagte, dass der Planet wahrscheinlich entweder ein hauptsächlich felsiger Planet mit einer kleinen Gasatmosphäre ist – wie die Erde, aber größer – oder ein hauptsächlich Wasserplanet mit einer dicken Eisschicht darüber. Laut Ryan Cloutier, einem Ph.D. Student am Institut für Exoplanetenforschung der Université de Montréal (iREx):
Mit den aktuellen Daten können wir diese beiden Möglichkeiten nicht unterscheiden. Aber mit dem James-Webb-Weltraumteleskop können wir die Atmosphäre untersuchen und sehen, ob sie eine ausgedehnte Atmosphäre oder ein mit Wasser bedeckter Planet ist.
Das Webb-Teleskop wird auch in der Lage sein, die Atmosphäre von K2-18b auf mögliche Biosignaturen zu analysieren, in diesem Fall Gase wie Sauerstoff oder Methan, die nicht nur auf die Möglichkeit, aber die Gegenwart des Lebens. False Positives müssten jedoch ausgeschlossen werden, da beide Gase auch ohne Beteiligung von Leben entstehen können.
K2-18 hat auch eine andere Supererde, K2-18c, aber dieser Planet ist näher am Stern und befindet sich wahrscheinlich nicht in der bewohnbaren Zone. Es wurde 2017 von Cloutier entdeckt.
Ein früheres Künstlerkonzept von K2-18b, das auch K2-18c und den roten Zwergstern im Hintergrund zeigt. Bild über Alex Boersma/iREx.
Kepler und andere Teleskope haben in den letzten Jahren zu Tausenden Exoplaneten gefunden, und viele davon sind Supererden, wie K2-18b. Wissenschaftler erwarten, dass noch viele weitere Exoplaneten entdeckt werden, von denen einige potenziell bewohnbar sein werden. Als Co-Autor Ingo Waldmann bemerkte:
Bei so vielen neuen Supererden, die in den nächsten Jahrzehnten erwartet werden, ist dies wahrscheinlich die erste Entdeckung vieler potenziell bewohnbarer Planeten. Dies liegt nicht nur daran, dass Supererden wie K2-18b die häufigsten Planeten in unserer Galaxie sind, sondern auch, weil Rote Zwerge – Sterne kleiner als unsere Sonne – die häufigsten Sterne sind.
Zum ersten Mal haben Forscher mit Hubble Wasserdampfsignaturen in der Atmosphäre eines Planeten außerhalb unseres Sonnensystems entdeckt, der sich in der "habitablen Zone" befindet. Weitere Informationen: https://t.co/vUa2NbkbwU pic.twitter.com/ ey3uz2ynMk
&ndash Hubble (@NASAHubble) 11. September 2019
Fazit: Die Entdeckung von Wasserdampf in der Atmosphäre von K2-18b ist das erste Mal, dass Wasser auf einem potenziell bewohnbaren Supererd-Exoplaneten gefunden wurde.
Hubble entdeckt Wasserdampfaustritt von Jupiters Mond Europa
Das Hubble-Weltraumteleskop der NASA/ESA hat Wasserdampf entdeckt, der aus der kalten Oberfläche von Jupiters Mond Europa in einer oder mehreren lokalisierten Wolken in der Nähe seines Südpols austritt.
Es wird bereits angenommen, dass Europa unter seiner eisigen Kruste einen flüssigen Ozean beherbergt, was den Mond zu einem der Hauptziele bei der Suche nach bewohnbaren Welten außerhalb der Erde macht. Dieser neue Befund ist der erste Beobachtungsnachweis dafür, dass Wasserdampf von der Mondoberfläche ausgestoßen wird.
„Die Entdeckung, dass Wasserdampf in der Nähe des Südpols ausgestoßen wird, stärkt Europas Position als Top-Kandidat für potenzielle Bewohnbarkeit.“ sagte Hauptautor Lorenz Roth vom Southwest Research Institute in San Antonio, Texas. "Wir wissen jedoch noch nicht, ob diese Plumes mit unterirdischem flüssigem Wasser verbunden sind oder nicht." Die Hubble-Ergebnisse werden in der Online-Ausgabe von Science Express vom 12. Dezember veröffentlicht und heute auf dem Treffen der American Geophysical Union in San Francisco, Kalifornien, USA, vorgestellt.
Die Entdeckung von Hubble macht Europa nur zum zweiten Mond im Sonnensystem, von dem bekannt ist, dass er Wasserdampffahnen hat. Im Jahr 2005 wurden vom Cassini-Orbiter der NASA Wasserdampf- und Staubwolken entdeckt, die von der Oberfläche des Saturnmondes Enceladus spuckten.
Die Europa-Plumes wurden im Dezember 2012 durch Hubble-Beobachtungen entdeckt. Der Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) entdeckte schwaches ultraviolettes Licht einer Aurora am Südpol des Mondes. Angetrieben wird diese Aurora durch das starke Magnetfeld des Jupiter, das Partikel so hohe Geschwindigkeiten erreichen lässt, dass sie beim Auftreffen die Wassermoleküle in der Wolke aufspalten können, was zu Sauerstoff- und Wasserstoffionen führt, die ihren verräterischen Abdruck in den Farben der Polarlichter hinterlassen .
Bisher wurde nur Wasserdampf nachgewiesen &ndash im Gegensatz zu den Plumes auf Enceladus, die auch Eis- und Staubpartikel enthalten.
"Wir haben Hubble an seine Grenzen getrieben, um diese sehr schwache Emission zu sehen." sagte Co-Hauptautor und Hauptforscher der Hubble-Beobachtungskampagne Joachim Saur von der Universität zu Köln. "Erst nachdem eine bestimmte Kamera des Hubble-Weltraumteleskops bei der letzten Wartungsmission des Space Shuttle repariert wurde, haben wir die Sensibilität gewonnen, wirklich nach diesen Wolken zu suchen."
Roth schlägt vor, dass lange Risse auf der Oberfläche Europas, bekannt als Linea, Wasserdampf in den Weltraum entweichen könnten. Ähnliche Spalten wurden in der Nähe des Südpols von Enceladus von der Raumsonde Cassini fotografiert. Es ist nicht bekannt, wie tief in der Kruste Europas die Quelle des Wassers liegt. Roth fragt, "Erstrecken sich die Schlote bis zu einem unterirdischen Ozean oder sind die Auswürfe einfach von erwärmtem Eis, das durch Reibungsspannungen in der Nähe der Oberfläche verursacht wird?"
Ebenso wie Enceladus stellte das Hubble-Team fest, dass die Intensität der Plumes mit der Orbitalposition Europas variiert. Aktive Geysire wurden nur gesehen, wenn der Mond am weitesten vom Jupiter entfernt ist. Aber die Forscher konnten keine Anzeichen einer Entlüftung feststellen, wenn Europa näher am Jupiter ist.
Eine Erklärung ist, dass die langen Brüche in der Eiskruste mehr Stress erfahren, da die Gravitationskräfte der Gezeiten auf den Mond drücken und ziehen und so Öffnungen in größeren Entfernungen von Jupiter öffnen. Die Öffnungen sind verengt oder geschlossen, wenn sie sich dem Gasriesenplaneten am nächsten kommen [1]. Teammitglied Kurt Retherford, ebenfalls vom Southwest Research Institute, weist darauf hin "Die Variabilität der Plume unterstützt eine wichtige Vorhersage, dass wir diese Art von Gezeiteneffekt sehen sollten, wenn es einen unterirdischen Ozean auf Europa gibt.".
Zukünftige Raumsonden-Missionen nach Europa könnten die genauen Positionen und Größen von Öffnungen bestätigen und feststellen, ob sie mit unterirdischen Flüssigkeitsreservoirs verbunden sind. Dies sind wichtige Neuigkeiten für Missionen wie den JUpiter ICy moons Explorer der ESA, eine Mission, die für 2022 geplant ist und die darauf abzielt, sowohl den Jupiter als auch drei seiner größten Monde zu erkunden: Ganymed, Callisto und Europa.
Anmerkungen
[1] Wenn Europa um Jupiter kreist, erfährt der Mond an verschiedenen Punkten seiner Umlaufbahn unterschiedliche Gezeitenkräfte. Die Gezeitenspannungen komprimieren die Schlote in der Südpolregion, wenn Europa dem Jupiter am nächsten ist, und dehnen sie, wenn Europa am weitesten entfernt ist, so dass sich die Schlote öffnen können. Ein unterirdischer Ozean würde es ermöglichen, dass die Spannungen auf der Oberfläche Europas viel stärker sind, da das Innere formbar und flexibel wäre.
Hinweise für Redakteure
Das Hubble-Weltraumteleskop ist ein Projekt der internationalen Zusammenarbeit zwischen der ESA und der NASA.
Das internationale Astronomenteam dieser Studie besteht aus L. Roth (Southwest Research Institute, USA Universität zu Köln, Deutschland), J. Saur (Universität zu Köln, Deutschland), KD Retherford (Southwest Research Institute, USA), DF Strobel ( The Johns Hopkins University, USA), PD Feldman (The Johns Hopkins University, USA), MA McGrath (NASA Marshall Space Flight Center, USA), F. Nimmo (University of California, USA).
Mehr Informationen
Bildnachweis: NASA, ESA, L. Roth (Southwest Research Institute, USA/Universität zu Köln) und M. Kornmesser.
Wasser im Weltraum, auf einer Supererde und auf der Erde
Außerhalb der Erde scheint Wasser ein so seltenes Gut zu sein. Es ist nicht. Ja, Merkur ist zu heiß, um Wasser aufzunehmen. Venus ist noch heißer. Der Mars ist so trocken, dass die Feuchtigkeit dort nur einen winzigen Bruchteil der Erde beträgt, aber Wissenschaftler haben dort Hinweise auf flüssiges Wasser gefunden. Einige der Monde des Jupiter sind Eiswelten. Das gleiche mit Saturn. Wasser ist in diesem Sonnensystem und im Universum tatsächlich sehr verbreitet.
Vor einigen Jahren, im Jahr 2011, identifizierten Wissenschaftler einen der ältesten und größten jemals beobachteten „Wasserseen“. Von Nasa.gov:
Zwei Astronomenteams haben das größte und am weitesten entfernte Wasserreservoir entdeckt, das jemals im Universum entdeckt wurde. Das Wasser, das dem 140 Billionenfachen des gesamten Wassers im Weltmeer entspricht, umgibt ein riesiges schwarzes Loch, das als Quasar bezeichnet wird und mehr als 12 Milliarden Lichtjahre entfernt ist.
In dem NASA-Artikel heißt es weiter, dass ein so großer Wasserfund ein Beweis dafür ist, dass Wasser das gesamte Universum durchdringt und immer noch vorherrscht.
Erst vor wenigen Wochen fanden Wissenschaftler dann in der Goldlöckchenzone eine „Supererde“ mit Wasserdampf in der Atmosphäre und möglicherweise flüssigem Wasser an der Oberfläche. Laut Sky and Telescope hat die als K2-18b bekannte Supererde den 3-fachen Durchmesser der Erde und die 7-10-fache Masse. Das bedeutet für dich und mich eine sehr intensive Schwerkraft. Doch K2-18b umkreist seinen Wirtsstern genau in der richtigen Entfernung, damit flüssiges Wasser zusammen mit etwas Wasserdampf existieren kann.
In der Nähe von zu Hause, hier auf der Erde, haben Wissenschaftler den Geräuschen der Erde zugehört, während sich Schallwellen durch sie hindurch bewegen. Sie erzählen uns, dass bei jedem Erdbeben die Erde tagelang wie eine Glocke läutet und sie diese Klänge verwenden können, um die Struktur der Erde abzubilden. Was haben sie in letzter Zeit gefunden?
Sie haben festgestellt, dass unter der Erdoberfläche, unter allen Ozeanen und all unseren Bergen, viel mehr Wasser ist, als wir sehen. Laut New Scientist gibt es etwa dreimal so viel Wasser im Inneren der Erde wie an der Oberfläche.
Dieser neue Beweis widerspricht auch der allgemein akzeptierten Vorstellung, dass das meiste Wasser auf der Erde in Form von Eisbällen über Jahrmilliarden aus dem Weltraum kam. Was wir heute wissen, ist, dass das meiste Wasser, das wir an der Oberfläche sehen, von Anfang an von unten nach oben sickerte. Das Wasser, das wir jetzt bei der Entstehung der Erde angesammelt haben, nicht, indem wir das Eis wie ein Besen aus dem All fegen.
Wasser ist lebensnotwendig für das Leben, wie wir es kennen, und davon gibt es so viel im Universum, dass wir mit ziemlicher Sicherheit nicht allein im Universum sind. Es ist schwer zu glauben, dass es kein anderes Leben im Universum gibt, da Wasser so allgegenwärtig ist. Laut Wikipedia:
Im November 2013 berichteten Astronomen, basierend auf Kepler Weltraummissionsdaten, dass es bis zu 40 Milliarden erdgroße Planeten geben könnte, die in den bewohnbaren Zonen sonnenähnlicher Sterne und roter Zwerge in der Milchstraße kreisen, von denen 11 Milliarden möglicherweise sonnenähnliche Sterne umkreisen.
Und das nur in unserer sehr durchschnittlichen Galaxie mit 400 Milliarden Sternen. Es gibt schätzungsweise 100 Milliarden Galaxien im Universum. Diese Zahlen sind überwältigend und mit solchen Zahlen können die Chancen auf Leben auf anderen Welten im Universum nur steigen. Es gibt viele Fragen wie: „Gibt es da draußen intelligentes Leben?“ und „Wenn es intelligentes Leben da draußen gibt, würden sie dann weglaufen, wenn sie uns sehen würden?“
Wissenschaftler finden Wasserdampf auf dem „potenziell bewohnbaren Planeten“ namens K2-18b
Wissenschaftler haben auf einem wenig bekannten Exoplaneten namens K2-18b eine vielversprechende Entdeckung gemacht, von der sie glauben, dass sie möglicherweise Leben unterstützen könnte.
Diese künstlerische Darstellung zeigt den Planeten K2-18b, seinen Wirtsstern und einen begleitenden Planeten in diesem System.
Diese künstlerische Darstellung zeigt den Planeten K2-18b, seinen Wirtsstern und einen begleitenden Planeten in diesem System.
Auf dem Planeten K218b wurde erstmals Wasser entdeckt. Quelle: Geliefert
Wissenschaftler haben erstmals Wasserdampf auf einer entfernten „Super-Erde“ namens K2-18b entdeckt.
Die spannende Entwicklung, veröffentlicht in Naturastronomie am Donnerstag stellt zum ersten Mal Wasser — eine wesentliche Zutat für das Leben, wie wir es kennen, in der Atmosphäre eines potenziell bewohnbaren Exoplaneten, d. h. eines Planeten mit erdähnlichen Bedingungen außerhalb unseres Sonnensystems, vor.
Es ist ein vielversprechender Schritt, um anderes Leben im Weltraum zu finden. Aber es ist unwahrscheinlich, dass es jemals ein zweites Zuhause für Menschen wird, sagte der Autor der Studie, Dr. Angelos Tsiaras.
“K2-18b ist jetzt der beste Kandidat für Bewohnbarkeit, den wir kennen. Es ist der einzige Planet außerhalb unseres Sonnensystems, von dem wir wissen, dass er die richtigen Temperaturen, Atmosphären und Wasserwerte hat, sagte der wissenschaftliche Mitarbeiter der University of London (UCL) Reportern auf einer Pressekonferenz in London.
“ Gleichzeitig ist K2-18b keine zweite Erde. Dies ist ein Planet, der viel größer ist. Es hat eine andere atmosphärische Zusammensetzung und umkreist einen völlig anderen Stern.
𠇍ie Suche nach bewohnbaren Planeten ist sehr aufregend, aber sie soll uns immer daran erinnern, dass dies unser einziges Zuhause ist. Und es steht wahrscheinlich außer Frage, ob wir jemals zu anderen Planeten reisen können,”, sagte er.
WO IST EXOPLANET K2-18b?
K2-18b wurde 2015 vom NASA-Weltraumteleskop Kepler entdeckt. Es ist etwa doppelt so groß wie die Erde mit der achtfachen Dichte und befindet sich im Sternbild Löwe, etwa 110 Lichtjahre entfernt.
Es ist auch das, was Wissenschaftler als “Super-Erde” – bezeichnen, ein Planet mit einer höheren Masse als die Erde, aber leichter als die Eisriesen Neptun und Uranus.
Wissenschaftler glaubten, dass es ein Hauptkandidat für die Suche nach Wasser sei, da es innerhalb der 𠆾wohnbaren Zone” eines kleinen roten Zwergsterns namens K2-18 kreist. Das bedeutet, dass es nicht zu heiß ist, damit das Wasser verdunstet, aber nicht zu kalt, um zu gefrieren.
K2-18b kreist in der „habitablen Zone“ des Sterns K2-18. Bild: Geliefert Quelle: Geliefert
Um das Wasser zu erkennen, verwendete ein Forscherteam Daten, die vom Hubble-Weltraumteleskop aufgenommen wurden, um das durch die Atmosphäre von K2-18b gefilterte Sternenlicht zu analysieren. Diese Ergebnisse zeigten dann die “molekulare Signatur” von Wasserdampf.
Co-Autor und Forscherkollege am UCL, Dr. Ingo Waldmann, betonte jedoch, dass das Team noch keine Lebenszeichen gefunden habe.
“Wir wissen, dass es eine Atmosphäre gibt, wir wissen, dass es die richtige Temperatur ist und wir wissen, dass es Wasser gibt. Aber die aktuellen Beobachtungen lassen uns einfach nicht einschränken, ob es Biomarker gibt, sagte er.
Er hofft, dass der bevorstehende Start des neuen James Webb-Teleskops der NASA im Jahr 2021 sowie eine Reihe anderer ehrgeiziger Projekte am Horizont dazu beitragen werden, weitere Hinweise zu finden.
„Im Weltraum haben wir das Sechs-Meter-Teleskop James Webb, das 2021 starten wird. Im Jahr 2028 haben wir die UCL-Weltraummission Ariel, die Tausende von Exoplaneten untersuchen wird. Und auch vom Boden aus haben wir das 42 Meter große Extremely Large Telescope (ELT) in Chile.”
“Mit diesen Instrumenten haben wir im nächsten Jahrzehnt oder sogar in den nächsten Jahren sehr gute Chancen zu verstehen, wie die Chemie (auf Exoplaneten) ist und ob es sogenannte Biomarker gibt.”
Das James-Webb-Weltraumteleskop wurde speziell entwickelt, um Infrarotlicht von den ersten Galaxien einzufangen, die sich im frühen Universum gebildet haben. Bild: Laura Betz/NASA/AP Quelle: AP
Das James Web Space Telescope wird einen Hauptspiegel, eine Sonnenblende, Sonnenkollektoren und einen Raumfahrzeugbus haben. Bild: Geliefert. Quelle: Geliefert
WARUM KÖNNEN KEINE MENSCHEN AUF K2-18b LEBEN?
Es gibt mehrere Dinge, die einen Planeten bewohnbar machen. Dazu gehören flüssiges Wasser, gemäßigte Bedingungen, eine Atmosphäre, die das Leben vor schädlicher Strahlung schützt, und eine stabile Umgebung, in der sich das Leben im Laufe der Zeit entwickeln kann.
K2-18b wird von Wissenschaftlern als “potenziell bewohnbar” angesehen, weil es drei dieser Kästchen ankreuzt: es hat gemäßigte Bedingungen, eine Atmosphäre und Wasser.
Aber Professor Jonathan Tennyson von der UCL-Abteilung für Physik und Astronomie sagte, der Planet sei wahrscheinlich zu schädlich für den Menschen.
𠇍ieser Planet wird an der Spitze seiner Atmosphäre viel ultraviolette Strahlung erhalten. Wir wissen, dass dies auf der Erde nicht unbedingt eine gute Nachricht für uns ist, weil es uns Krebs gibt. Aber es bedeutet nicht unbedingt, dass sich andere Lebensformen nicht anders entwickeln können, zum Beispiel unter Wasser“, sagte er.
Dann ist da noch das Thema Reisen.
“Wir sind wirklich weit davon entfernt, zu diesen Planeten reisen zu können — selbst der nächste ist selbst mit der aktuellen Technologie einfach zu weit entfernt,” Co-Autorin Professorin Giovanna Tinetti.
Dr. Tsiaras sagte, seine Forschung sei stattdessen ein wichtiger Schritt zur Beantwortung der grundlegenden Frage: Ist unsere Erde einzigartig?
𠇍iese Studie trägt zu unserem Verständnis von bewohnbaren Welten jenseits unseres Sonnensystems bei und markiert eine neue Ära in der Exoplanetenforschung, die entscheidend ist, um die Erde, unsere einzige Heimat, letztendlich in das Gesamtbild des Kosmos einzuordnen,”, sagte er.
Die Geburt von K2-18 b?
Benneke vermutet, dass dieser Planet möglicherweise aus Gestein gebildet wurde, das riesige Mengen an Gas ansammelt, "wie ein Staubsauger", sagte er. Diese Gasansammlung hätte den Radius des Planeten mehr als verdoppelt und sein Volumen verachtfacht. (Heute ist K2-18 b zum Vergleich etwa neunmal so massiv wie die Erde und etwa doppelt so groß.)
Um zu diesen Schlussfolgerungen zu gelangen, analysierte das Forschungsteam Daten von Beobachtungen des Hubble-Weltraumteleskops, die sie zwischen 2016 und 2017 des Planeten K2-18 b gemacht hatten, der acht Mal vor seinem Stern vorbeizog. Diese Technik ermöglicht es Wissenschaftlern, eindeutige Signaturen von Molekülen wie Wasser in der Atmosphäre eines Planeten zu erkennen.
Dieses Team plant, diese Forschung noch weiter auszubauen, indem es K2-18 b mit dem James Webb Space Telescope der NASA untersucht, das 2021 starten soll.
Diese Art der Forschung, sagte Benneke, führe zu einem endgültigen Ziel, "in der Lage zu sein, echte, wahre erdähnliche Planeten zu studieren".
