Forschende simulieren erstmals die Entstehung von Blitzen auf einem Exoplaneten
Blitze sind auf der Erde wohlbekannt und kommen auch an anderen Orten unseres Sonnensystems vor. Doch könnte es auch Blitze auf Planeten geben, die ganz andere Sterne umkreisen?
Forscher von der TU Dortmund und ihre Partner sind der Antwort auf diese Frage einen Schritt näher gekommen. Erstmals haben sie mithilfe von Computermodellen simuliert, wie sich die Anfangsstadien von Blitzen in der Atmosphäre eines Exoplaneten entwickeln könnten.
Unter Verwendung von Daten des James-Webb-Weltraumteleskops untersuchten sie K2-18b, einen Exoplaneten, der etwa 124 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Als Exoplanet bezeichnet man einen Planeten, der einen anderen Stern als die Sonne umkreist.
„Natürlich können wir keinen Blitz auf einem 124 Lichtjahre entfernten Planeten sehen. Aber Beobachtungen des James-Webb-Teleskops liefern uns Informationen über die Atmosphäre und ermöglichen es uns zu simulieren, ob die physikalischen Prozesse ablaufen können, die zu Blitzen führen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass dieser Prozess in den von uns untersuchten Atmosphären tatsächlich stattfinden kann“, sagt Elloise Fangel-Lloyd. Sie ist Wissenschaftlerin am Dänischen Meteorologischen Institut (DMI) und führte die Arbeit als Doktorandin an der Dänischen Technischen Universität (DTU) durch.
Sie ist Erstautorin eines Artikels, in dem die Ergebnisse vorgestellt werden und der soeben in der Fachzeitschrift Scientific Reports (aus der Nature-Gruppe) erschienen ist.
Kleine elektrische Entladungen könnten der Anfang von Blitzen sein
Die Forscher simulierten sogenannte Streamer.
Dabei handelt es sich um kleine elektrische Entladungen, die typischerweise zu den ersten Stadien der Blitzentstehung gehören. Die Forscher simulierten also keinen vollständigen Blitz, sondern vielmehr den Prozess, der dessen Entstehung einleiten kann.
Die Simulationen zeigen, dass jene Entladungen, die einen Blitz auslösen können, in allen drei von den Forschern untersuchten möglichen Zusammensetzungen der Exoplaneten Atmosphäre auftreten können.
Blitze könnten dort leichter entstehen als auf der Erde
Die Berechnungen zeigen zudem, dass für den elektrischen Durchschlag in den modellierten Atmosphären nur etwa die Hälfte der elektrischen Feldstärke erforderlich ist, die auf der Erde benötigt wird.
Die Ergebnisse legen daher nahe, dass die Atmosphäre von K2-18b die Blitzbildung möglicherweise stärker begünstigt als die Erdatmosphäre. „Ein elektrisches Feld übt eine Kraft auf elektrisch geladene Teilchen aus. Wenn das Feld stark genug wird, kann das Gas in der Atmosphäre ionisiert werden; dies ermöglicht die Entstehung elektrischer Entladungen, die zu Blitzen führen können“, sagt Christoph Köhn, leitender Forscher an der Physik Fakultät der TU Dortmund sowie der Abteilung für Astrophysik und Atmosphärenphysik der DTU und Mitautor der Studie.
„Besonders interessant ist hierbei, dass wir unser Wissen über elektrische Entladungen auf der Erde nutzen können, um zu untersuchen, welche Prozesse möglicherweise in der Atmosphäre eines viele Lichtjahre entfernten Planeten ablaufen.“
Die Simulationen der Forscher zeigen zudem, dass der Wasserdampfgehalt einer Atmosphäre beeinflusst, wie leicht der Prozess, der zu Blitzen führt, in Gang kommen kann.
Sobald sich ein Blitz gebildet hat, kann er die Chemie einer Atmosphäre beeinflussen und somit Auswirkungen auf potenzielles Leben und die Bewohnbarkeit haben - sowohl auf einem Planeten wie K2-18b als auch auf anderen Exoplaneten.
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