Wenn es Ozeane regnet

Forscher des DLR zeigen, wie Super-Erden sich vor Wasserverlust schützen

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. Dies zeigten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in einer aktuellen Studie.

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 Dr. John Lee Grenfell. So können Mengen entstehen, die bis zu zehnmal so groß sind wie irdische Ozeane.

Wasserrecycling statt Austrocknung

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 sogenannte "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. Mit dem Recycling-Mechanismus, den Grenfell und sein Team beschreiben, kann der Wasserverlust von Super-Erden gebremst werden. 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.

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Dr. John Lee Grenfell
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
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