Atmosphärenverlust

Atmosphärenverlust (atmospheric escape) ist der Prozess, bei dem ein Planet seine Gashülle an den Weltraum verliert. Er kann thermisch ablaufen (leichte Gasmoleküle wie Wasserstoff und Helium erreichen die Fluchtgeschwindigkeit), durch Sternwinde (geladene Teilchen vom Stern reißen Atmosphärenmoleküle mit) oder durch Photoevaporation (UV-Strahlung heizt die obere Atmosphäre so stark auf, dass sie abfließt).

Der Mars ist das dramatischste Beispiel im Sonnensystem: Vor 3–4 Milliarden Jahren besaß er wahrscheinlich eine dichte Atmosphäre mit flüssigem Wasser an der Oberfläche. Ohne starkes Magnetfeld konnte der Sonnenwind die Atmosphäre jedoch über Milliarden Jahre abtragen. NASAs MAVEN-Mission misst seit 2014 den aktuellen Verlust: Etwa 100 Gramm Atmosphäre pro Sekunde entweichen vom Mars ins All.

Für die Bewohnbarkeit von Exoplaneten ist Atmosphärenverlust eine kritische Frage: Planeten um aktive rote Zwergsterne (wie Proxima Centauri oder TRAPPIST-1) sind extremer UV- und Röntgenstrahlung ausgesetzt. Ob sie trotzdem eine Atmosphäre halten können, ist eine der Hauptfragen, die JWST beantworten soll.

Kim Stanley Robinsons Mars-Trilogie thematisiert den Atmosphärenaufbau auf dem Mars als umgekehrten Prozess, Terraforming als Antwort auf den Atmosphärenverlust.

Gerade der Atmosphärenverlust verbindet die Frage der Bewohnbarkeit mit dem Magnetfeld eines Planeten zu einer einzigen Geschichte. Der Mars zeigt das Drama im Zeitraffer: Als sein innerer Dynamo erlosch und das schützende Magnetfeld zusammenbrach, lag die Atmosphäre dem Sonnenwind schutzlos offen und wurde über Jahrmilliarden ins All getragen. Die Erde entging diesem Schicksal nur, weil ihr flüssiger Eisenkern bis heute ein Magnetfeld erzeugt. Für die Bewertung von Exoplaneten ist das ein zentrales Kriterium, denn ein Planet kann in der habitablen Zone liegen, flüssiges Wasser zulassen und trotzdem unbewohnbar sein, wenn seine Atmosphäre längst entwichen ist. Genau diese Unterscheidung treibt die JWST-Beobachtungen der TRAPPIST-1-Planeten an: Halten diese erdgroßen Welten trotz der heftigen Strahlung ihres roten Zwergsterns überhaupt eine Lufthülle? Die Antwort entscheidet darüber, ob die häufigsten Sterne der Galaxis bewohnbare Planeten beherbergen können oder nur luftlose Gesteinskugeln.