Jetzt schiebe ich ein bisschen was rein in meine Serie. Nämlich meine eigene Forschung, die gerade erschienen ist 🙂 Ich hatte im ersten Teil erzählt, dass Exoplaneten um kleine kühle M- und K-Sterne selbst dann habitabel sein können, wenn sie durch Gezeiten in eine Situation gebracht wurden, die ihnen eine ewige Tag- und Nachtseite beschert. Das alles steht und fällt allerdings mit der Zirkulation.
Die Klimaanlage auf gezeitengebundenen Planeten. Aufsteigende heiße Luft auf der Tagseite strömt zur Nachtseite, kühlt ab, “fallt” herunter und kommt wieder zur Tagseite zurück. (Ludmila Carone, KU Leuven CmPA/IvS)
Und jetzt kommen folgende Überlegungen in’s Spiel. Felsige Planeten um kleine M-Sterne lassen sich besser entdecken und untersuchen als Planeten um größere Sterne. Und das geht um so besser je näher der Planet am Stern ist. Erstens ist dann die Wahrscheinlichkeit höher, dass der Planet von uns aus gesehen vor seinem Stern herzieht (also einen Transit ausführt) und dabei Sternenlicht durch die Atmosphäre streift, was wiederum uns auf der Erde erlaubt, zu sehen ob da eine Atmosphäre ist und wie die aussieht. Zweitens sieht man mehr Transits innerhalb eines Beobachtungszeitraums. Mehr Daten erlauben eine robustere Interpretation der Atmosphäre von – sagen wir mal über einen Zeitraum von 3 Jahren, was der angepeilten Lebensdauer von einem typischen Weltraum-Teleskop entspricht, das unter anderem dazu da ist, nach Exoplaneten zu gucken – wie z.B. Kepler, CoRoT und wie geplant PLATO (1). Gleichzeitig sind M-Sterne so kalt, dass ein Planet sowieso recht nah dran sein muss, um das Erd-Äquivalent der Sonnenenergie abzukriegen. Zudem sind mindestens 70% aller sonnenähnlicher Sterne sowieso M-Sterne…
Eine wirklich gründliche Studie mit 165 virtuellen Planeten um kleine M-Sterne
Es gibt also eine Reihe guter Gründe kleine potentiell habitable Planeten um M-Sterne mal genauer anzusehen. Und das haben wir – also meine Kollegen Rony Keppens und Leen Decin und ich auch getan. Wir haben erst einmal ein vereinfachtes Modell der Zirkulationsbewegung von Planeten mit ewigen Tag- und Nachtseiten gebaut (2). Wie Slartibartfass nur mit Windströmungen statt Fjorden 🙂
Dann haben wir 165 hypothetische Planeten auf nen Supercomputer geschickt und angeschaut, was mit der Zirkulation passiert, wenn wir die Planeten-Größe zwischen 1-2 Erdradiien variieren und vor allem den Planeten immer näher an seinen Stern schieben. Wobei wir der Einfachheit halber immer angenommen haben, dass die mittlere Dichte der der Erde entspricht und dass der Planet immer das Erd-Äquivalent der Sonnenenergie abkriegt. Dabei haben wir die Planeten sogar auf eine 1-Tages-Umlaufperiode herunter gebracht. In unserer Studie ging es uns aber vor allem darum, das Klima und die Zirkulation gründlich zu verstehen. Und da lohnt es sich durchaus in die Vollen zu gehen und die Extreme auszuloten und sehr viele Fälle miteinander zu vergleichen.
Klimastudien für geseitengebundene Planeten um M -Sterne (vor Carone et al. 2015, oben) und mit Carone et al. 2015 (unten). Wie gesagt…wie haben uns wirklich viele verschiedene Fälle angesehen.
Dabei stellten wir fest, dass bei kurzen Umlaufperioden von etwa 12 Tagen – abhängig von der Planetengröße – sich die Luftzirkulation schlagartig verändern kann. Nennen wir das mal Kipp-Punkt I. Das war übrigens nicht ganz neu. Bereits 2011 haben Adam Edson und Kolleginnen einen solchen Kipp-Punkt gesehen (3). Wir haben uns das ganze allerdings nochmals viel genauer und auch für Supererden angesehen. Dabei haben wir sogar ein paar mehr solcher Klima-Übergänge und einen weiteren Kipp-Punkt gefunden. Kipp-Punkt II liegt bei 5 Tagen Umlaufperioden für Supererden.
Was passiert jetzt bei diesen Kipp-Punkten des Klimas? Oder welches Windsystem nehmen wir denn heute? I, II oder doch lieber III?
Der Wind strömt in der oberen Atmosphäre nicht mehr symmetrisch von der Tag- zur Nachtseite. Auf einmal bilden sich Windströme, die entlang bestimmter geographischer Breiten wehen und recht schnell werden können. 100 km/h und mehr sind absolut drin. Genauer gesagt, gibt es an Kipp-Punkt I zwei Möglichkeiten und bei Kipp-Punkt II sogar drei Möglichkeiten, die das Klima des Planeten einnehmen kann.
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