EXO-HEAT – Inneres Aufheizen von Exoplaneten

• Antragstellerin: Professorin Dr. Lena Noack
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446156850

Auch wenn die Informationen zu Exoplaneten stark begrenzt sind, expandieren die Datensätze schnell durch kombinierte Beobachtungsstrategien verschiedener Teleskope. Auch in den nächsten Jahren erwarten wir viele Fortschritte bzgl. neuer Exoplanetendetektionen und Follow-up Messungen zur Bestimmung von Planeteneigenschaften und Sterndaten. Daher benötigen wir jetzt bessere Techniken und Modelle um die besten Kandidaten für teure Follow-up Beobachtungen auszuwählen.Die Atmosphärenzusammensetzung und -struktur wird dabei von mehreren unterschiedlichen Faktoren beeinflusst, wie z.B. chemische Reaktionen in der Atmosphäre und an der Oberfläche (z.B. Karbonatbildung), Verwitterungsprozesse, Atmosphärenerosion, und letztendlich und vielleicht mit am Wichtigsten, Ausgasung aus dem Inneren des Planeten. Einer der Hauptfaktoren für das Ausgasen (und Zurückführen in den Mantel) von volatilen Elementen (und damit Treibhausgasen) ist die Energie, die im Planeteninneren zur Verfügung steht.Da mehrere Studien bereits den Effekt von starker innerer Heizung auf Plattentektonik (inkl. Recycling von volatilen Elementen), vulkanische Aktivität und Ausgasung gezeigt haben, konzentrieren wir uns hier auf die fundamentale Frage, wie viel Wärme in einem Exoplaneten erwartet werden kann abhängig von seiner Zusammensetzung, der inneren thermischen Evolution (inklusive Wärmeverluste durch vulkanische Aktivität und Kühlen des Mantels durch Plattentektonik), und beobachtbaren Randbedingungen für die Charakterisierung des thermischen Zustands von Gesteinsplaneten.Diese beobachtbaren Randbedingungen sind zum Beispiel das Alter des Systems, Planetenmasse und -radius, Abstand zum Stern und Gleichgewichtstemperatur an der Oberfläche, die Häufigkeitsverteilung der Hauptelemente in Gesteinsplaneten (Mg, Fe, Si) und Anteil radioaktiver Elemente, aber auch externe Wärmequellen wie z.B. das Sternenmagnetfeld und dessen Orientierung (was zu Induktionsheizung führen kann) sowie die Bahnkonfigurationen und dadurch entstehende Gezeitenkräfte.In der Vergangenheit haben sich Studien für gewöhnlich auf einzelne beobachtete Bedingungen konzentriert (wie z.B. die Oberflächentemperatur oder die Gezeitenkräfte), oder haben allgemeine Parameterstudien für einzelne Effekte durchgeführt (z.B. Einfluss radioaktiver Quellen). Hier werden wir stattdessen alle genannten beobachtbaren Randbedingungen (soweit für einzelne Planeten verfügbar) kombinieren, und untersuchen, wie verschiedene Wärmequellen miteinander agieren (d.h. ob sie sich gegenseitig verstärken oder abschwächen). Diese Untersuchung ist zwingend notwendig um die möglichen Evolutionsszenarien im Inneren bestimmter Planeten besser vorhersagen zu können. Am Ende ist es das Aufheizen im Inneren, welches die Entwicklung der Atmosphäre und des Magnetfelds auf geologischen Zeitskalen und daher die potentielle Bewohnbarkeit an der Oberfläche eines Planeten beeinflusst.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1992: Exploration der Diversität extrasolarer Planeten