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K2-18b: Welche unbekannten Geheimnisse verbergen sich in der Wasserstoffatmosphäre dieses außerirdischen Planeten?
K2-18b ist ein Exoplanet, der den Roten Zwergstern K2-18 umkreist, etwa 124 Lichtjahre von der Erde entfernt. Der Planet wird in seiner Größe als Sub-Neptun klassifiziert, mit einem Radius, der etwa dem 2,6-fachen des Erdradius entspricht, und kreist in einem Zeitraum von 33 Tagen innerhalb der bewohnbaren Zone seines Muttersterns. Das bedeutet, dass er genauso viel Sternenlicht empfängt wie die Erde. Der Planet wurde erstmals mit dem Weltraumteleskop Kepler entdeckt und später vom James Webb Space Telescope (JWST) beobachtet, um seine Atmosphäre zu untersuchen.
Im Jahr 2019 berichteten Wissenschaftler erstmals über das Vorhandensein von Wasserdampf in der Atmosphäre von K2-18b, eine Entdeckung, die große Aufmerksamkeit erregte.
Im Jahr 2023 entdeckte JWST Kohlendioxid und Methan in der Atmosphäre von K2-18b. Verschiedene Interpretationen dieser Daten deuten darauf hin, dass es sich bei K2-18b um einen Wasserplaneten mit einer wasserstoffreichen Atmosphäre oder um einen gasreichen Mini-Neptun handeln könnte. Auf jeden Fall ist K2-18b eher eine Nachahmung von Neptun oder Uranus als die bewohnbaren Bedingungen der Erde. Dies löste umfangreiche Diskussionen über seine potenzielle Bewohnbarkeit aus.
Eigenschaften von K2-18
K2-18 ist ein M-Zwergstern im Sternbild Löwe mit einer Temperatur von nur 3457 K und einem Radius von nur 45 % der Sonne. Der Stern ist etwa 2,4 Milliarden Jahre alt und weist eine mäßige Sternaktivität auf. Der Stern beherbergt auch einen Planeten in der Umlaufbahn von K2-18b und K2-18c, der durch Gezeiteneffekte mit K2-18b interagieren kann.
Physikalische Eigenschaften von K2-18b
K2-18b hat einen Radius von 2,610 ± 0,087 R🜨 und eine Masse von 8,63 ± 1,35 ME. Die Dichte des Planeten lässt darauf schließen, dass er eine wasserstoffreiche Außenhülle, möglicherweise einen felsigen Kern und eine dicke Hülle oder eine Neptun-ähnliche Zusammensetzung haben könnte. Solche mittelgroßen Planeten sind überraschend selten und bilden ein sogenanntes Radiustal. Es mag Millionen von Jahren gedauert haben, bis sich der Planet gebildet hat, aber die Erwärmung durch die Gezeiten hat wahrscheinlich nicht zu diesem Prozess beigetragen.
Mögliche Existenz des Ozeans
Die Frage, ob in K2-18b flüssiges Wasser vorhanden ist, bleibt unklar. Obwohl frühere Daten darauf hindeuteten, dass sich das Wasser in einem überkritischen Zustand befand, deuteten die Beobachtungen des JWST auf die mögliche Existenz eines flüssigen Ozeans hin. Dies zu bestätigen ist jedoch schwierig, da die Existenz eines Ozeans nicht allein aus Masse und Radius abgeleitet werden kann.
Forscher sagten: Im überkritischen Zustand gibt es keine Grenze mehr zwischen Flüssigkeit und Gas, was es schwieriger macht, die Existenz des Ozeans zu definieren.
Frühere Forschungen gingen davon aus, dass es in der Atmosphäre von K2-18b möglicherweise noch andere Komponenten gibt, wie etwa Ammoniak, vereinfachte Kohlenstoffmoleküle usw., aber verschiedene Modelle haben unterschiedliche Erklärungen für diese Komponenten, und die wissenschaftliche Gemeinschaft diskutiert immer noch.
Atmosphäre und Klima
Beobachtungen des Hubble-Weltraumteleskops zufolge verfügt K2-18b über eine Wasserstoffatmosphäre, und es besteht immer noch eine gewisse Unsicherheit über das Vorhandensein von Wasserdampf. JWST-Beobachtungen zeigen, dass die Wasserdampfkonzentration in der Atmosphäre extrem niedrig ist und weniger als 0,1 % beträgt. Darüber hinaus stellte JWST fest, dass Methan und Kohlendioxid jeweils etwa 1 % der Atmosphäre ausmachen. Die Konzentrationen anderer Kohlenoxide wurden nicht bestimmt und es liegen nur Obergrenzen vor. Die Atmosphäre macht bis zu 6,2 % der Masse des Planeten aus und ihre Zusammensetzung ähnelt möglicherweise der von Neptun oder Uranus.
Planetenentwicklung
Die obere Atmosphäre von K2-18b wird durch energiereiche Strahlung des Muttersterns beeinflusst. Diese energiereiche Strahlung erwärmt die Atmosphäre und bildet Wasserstoffgas, was zum Entweichen der Atmosphäre führen kann. Ein solcher Prozess deutet darauf hin, dass K2-18b im Laufe seiner Lebensdauer möglicherweise nicht vollständig seine Atmosphäre verliert, selbst wenn dieser Prozess andauert.
Bewohnbarkeit
Dieser Planet befindet sich in der bewohnbaren Zone seines Sterns und die Menge an Sternstrahlung, die er empfängt, beträgt etwa 1368+114−107 W/m2, was der Erde ähnlich ist. Wie jedoch die tatsächliche Bewohnbarkeit von K2-18b bestätigt werden kann, hängt von der Zusammensetzung seiner Atmosphäre und der Albedo seiner Wolken ab. Beobachtungen deuten darauf hin, dass die tiefe Atmosphäre des Planeten überhitzt sein könnte, während die wasserreichen Schichten für die Entwicklung von Leben geeignet sein könnten.
Mikroben können in wasserstoffreichen Umgebungen überleben, was darauf hindeutet, dass Wasserstoff kein Hindernis für das Leben darstellt.
K2-18b ist sicherlich ein spannendes Forschungsthema. Mit der Rückkehr des James-Webb-Weltraumteleskops in den Weltraum wird erwartet, dass eine eingehende Erkundung des Planeten weitere seiner Geheimnisse enthüllen wird. Kann dieser Planet also wirklich Leben beherbergen?
