Diese im Labor hergestellte Lava könnte uns etwas über feurige Exoplaneten beibringen

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Diese im Labor hergestellte Lava könnte uns etwas über feurige Exoplaneten beibringen

Sengende Hitze, Säulen aus dunkler Asche, sprudelnde Lavafontänen. Vulkanausbrüche auf der Erde sind Paradoxien von Leben und Tod, obwohl sie nichts im Vergleich zu ganzen Planeten sind, die in einen solchen Alptraum einbalsamiert werden.

Lavawelten und andere vulkanisch aktive Körper sind einige der faszinierendsten kosmischen Ziele, die Astronomen je entdeckt haben, und immer noch einige der wissenschaftlich am schwersten zu fassenden. Mit Hilfe der Daten aus den ersten Erkenntnissen des James-Webb-Weltraumteleskops haben viele Forscher jetzt die Chance ergriffen, ihre Geheimnisse detaillierter zu enthüllen. Beschrieben in einer kommenden Ausgabe der Zeitschrift Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society, Ein Team von Wissenschaftlern der Cornell University hat die Daten von JWST verwendet, um verschiedene Stadien der Entwicklung von Gesteinsplaneten zu untersuchen. Das Team verwendete atmosphärische und Oberflächenzusammensetzungsdaten, um die Mäntel – oder das Innere – von 16 verschiedenen Exoplaneten zu untersuchen, indem es sie hier auf der Erde modellierte und synthetisierte. Sie waren in der Lage, künstliche Lava von anderen entfernten Orten in unserem Universum innerhalb des Labors zu erzeugen und zu kühlen, ohne dass ein Vulkanausbruch erforderlich war.

Angesichts der Tatsache, dass Exoplaneten selbst für unsere am weitesten reisenden Raumsonden schwer zu erreichen sind, wurden auf diesen weit entfernten Welten selten experimentelle Studien durchgeführt, sagt er Estaban Gazel, Hauptautor der Studie und Ingenieurprofessor an der Cornell University, der Geochemie und Vulkanologie studiert. Die neue Forschung seines Teams ist die erste, die eine „Bibliothek der Zusammensetzung“ für potenziell exotische Exoplanetenoberflächen bereitstellt – ein Rolodex von Bausteinen, auf die Exoplanetenjäger bei ihrer Suche nach fernen Planeten und feurigen Weltraumumgebungen zurückgreifen können. In ihrem Labor kombinierten Gazel und seine Kollegen akribisch Sternmetallizitätsdaten, thermodynamische Modellierungsalgorithmen und physikalische Experimente, um ihre synthetischen Lavachargen mit verschiedenen Messungen von Ausgangschemikalien wie Magnesiumoxid, Eisenoxid und Siliziumdioxid aufzuschlagen. Das Endergebnis waren mehrere poröse Eruptivgesteine, kristallisiertes Magma mit Glas und Mineralien, die Sie berühren können, ohne sich die Gliedmaßen zu verbrennen.

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Schließlich könnten Astronomen die Daten des Teams aus den Lava-Experimenten nutzen, um das Innere verschiedener Exoplaneten zu interpretieren. In Zukunft könnte diese interplanetare Broschüre sogar dazu dienen, die glühenden Anfänge der Erde zu beleuchten. „Es gibt so viele Exoplaneten da draußen in verschiedenen Evolutionsstadien“, sagt Gazel. „Wenn wir ihre Zusammensetzung herausfinden können, wird uns das viele Informationen darüber geben, wie sich unser Planet entwickelt hat.“

Vor der Morgendämmerung ihrer glitzernden blauen Ozeane und hoch aufragenden grünen Wälder war auch die Erde ein Lavaplanet – geschmolzen und unbewohnbar. An einem Punkt seiner 4,5 Milliarden Jahre langen Lebensdauer könnte der Planet der höllischen Landschaft anderer überdimensionaler Erden ähnlich gewesen sein 55 Cancri e lebt etwa 41 Lichtjahre entfernt. Heute wissen wir, dass es Vulkane gibt lebenswichtig für das Laichen und Erhalten des Lebensda diese flüchtigen Prozesse bei der atmosphärischen Abkühlung, der Landbildung und der erneuten Umwandlung von totem Schmutz in fruchtbares Fleisch helfen.

Während die Verwendung anderer Planeten zur Untersuchung unserer heißen Ursprünge kaum ein neuer Ansatz ist, wäre es natürlich zu erwarten, dass fremde Planeten fremde Elemente besitzen – chemische Verbindungen oder Materialien, die wir auf der Erde nicht replizieren könnten. Noch Lisa Kaltenegger, Co-Autor der Studie und Direktor des Carl Sagan Institute in Cornell und außerordentlicher Professor für Astronomie, sagt, dass dies nicht der Fall ist. Sie erklärt, dass viele Planeten und Sterne in unserer himmlischen Nachbarschaft, obwohl sie mit bloßem Auge anders aussehen mögen, tatsächlich die gleichen himmlischen Zutaten enthalten, nur auf unterschiedliche Weise angeordnet.

„Wenn wir andere Sterne betrachten, sehen wir die Scheiben um sie herum, die die Planeten bilden“, sagt sie. „Und bisher haben wir auf diesen Scheiben nichts gefunden, was wir nicht erklären können.“ Das bedeutet, dass ihr Team in der Lage war, alle 16 synthetischen Oberflächen mit chemischen Materialien herzustellen, die hier auf der Erde leicht zu finden sind. Laut Kaltenegger beginnt ihre Arbeit gerade erst, ein größeres Bild des Kosmos zu zeichnen, und wird sich nur weiter verbessern, insbesondere wenn die Daten von JWST genauer werden.

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Trotz einiger Kalibrierungsprobleme seit der ersten Datenveröffentlichung des Teleskops, Karl Gordon, Ein Astronom am Space Telescope Science Institute sagt, dass solche kleinen Rückschläge von jeder Mission erwartet werden. Der einzige Unterschied besteht diesmal darin, wie schnell die Wissenschaftler auf die Daten springen, sagt er. „Kalibrierung lässt sich am besten als Exponentialfunktion beschreiben“, sagt er. „Am Anfang ist es nicht so gut, dann wird es schnell immer besser.“

Kaltenegger stimmt zu, dass die Kalibrierungsprobleme nur „Sprungbretter“ sind, die sich allmählich klären werden, wenn die Mission von JWST weitergeht.

„Ich denke, je mehr Zeit wir mit den Daten haben, desto besser werden wir tatsächlich Nuancen herausfinden, die wir noch nicht einmal sehen“, sagt sie.