Obwohl es in unserem Sonnensystem keine Gasplaneten mit einer dünnen Heliumatmosphäre gibt, zeigen Beobachtungen des Spitzer-Weltraumteleskops, dass solche Phänomene im galaktischen Maßstab überhaupt nicht selten sind.
Laut einem Wissenschaftler des Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena und dem Autor des entsprechenden Artikels im Astronomical Journal Renu Hu: „Es gibt keine Planeten dieses Typs um unsere Sonne, aber es scheint uns, dass solche Weltraumkörper unter anderen Sonnensystemen üblich sind.“
Auf der Suche nach Exoplaneten einer Sonderklasse, auch „Warme Neptune“ genannt, gelangte das Team von Renu Hu zu dem Schluss, dass die Atmosphäre dieser Welten unter dem Einfluss von Sternstrahlung Wasserstoff vollständig verlieren und schwereres Helium über der Oberfläche zurücklassen könnte.
Die Größe solch warmer Neptune übersteigt nicht die Dimensionen des gleichnamigen „Eisriesen“. Aber im Gegensatz zu diesen Exoplaneten besteht die Atmosphäre des blauen Sterns hauptsächlich aus Wasserstoff. Neptun und Uranus werden oft als Eisplaneten bezeichnet, da sie eine große Menge eisiger Substanzen wie Wasser, Methan und Ammoniak enthalten. Aufgrund seiner Nähe zu glühenden Sternen unterscheidet sich die Zusammensetzung des warmen Neptun radikal von der Zusammensetzung der Planeten, die uns am nächsten liegen. Dies äußert sich zunächst in der Abwesenheit von Wasserstoff in der Atmosphäre.
"Wasserstoff ist viermal leichter als Helium und kann unter dem Einfluss eines starken Sonnenwinds langsam aus der Atmosphäre des Planeten verschwinden", sagt Hu. "Infolge dieses Prozesses, der mehr als 10 Milliarden Jahre dauert, steigt die Konzentration in der Heliumatmosphäre erheblich an."
Diese Entdeckung war das Ergebnis der Beobachtung des Objekts GJ 436b - warmes Neptun 33 Lichtjahre von der Erde entfernt - mit Hilfe des Spitzer-Teleskops. Bei der Untersuchung der Strahlung des Planeten wurde festgestellt, dass die Atmosphäre praktisch kein Methan enthält.
Unser Neptun enthält viel Methan, das das Licht des roten Spektrums absorbiert. Dies gibt dem Planeten einen erkennbaren hellblauen Farbton. Beim GJ 436b gibt es wiederum kein Methan, obwohl Kohlenstoff im Überschuss vorhanden ist. Da Methan (CH4) aus Kohlenstoff und Wasserstoff besteht, kann seine Abwesenheit durch das Fehlen eines der Elemente, in diesem Fall Wasserstoff, erklärt werden.
Anstatt mit Wasserstoff in Kontakt zu kommen, reagiert Kohlenstoff mit Sauerstoff. Infolgedessen wird die Atmosphäre des Exoplaneten mit Kohlendioxid - CO und CO2 - angereichert. Diese Tatsache weist darauf hin, dass in der Zusammensetzung der Gasschale solcher Planeten eine große Menge Helium vorhanden ist - das zweithäufigste Element im Universum. Zur Unterstützung dieser Theorie hat das Spitzer-Teleskop Spuren der entsprechenden chemischen Verbindungen im Emissionsspektrum von GJ 436b nachgewiesen. Warme Neptune sollten anders aussehen als der Eisriese unseres Systems. Sie sind blasser und grauer, sie haben keinen Tropfen der für Neptun typischen azurblauen Schönheit.
Bisher war es Forschern nicht möglich, direkte Hinweise auf das Vorhandensein von Helium in der Atmosphäre von Exoplaneten zu finden. Wissenschaftler setzen große Hoffnungen auf das neue NASA-Teleskop „James Webb“. Sie hoffen, damit nach anderen warmen Neptunen zu suchen, um diese seltsamen Körper genauer zu erforschen.
"Jeder Planet, den Sie sich vorstellen können, kann irgendwo in den Weiten des Universums existieren", sagt Sara Seager, Mitautorin des Artikels. "Planeten sind in Größe und Masse so unterschiedlich, dass praktisch jede Konfiguration erkannt werden kann, die die Gesetze der Physik und Chemie erfüllt."
