Toen telescopen krachtig genoeg werden om planeten in een baan om verre sterren te vinden, wetenschappers waren verrast om te zien dat veel van hen geen atmosferen hadden zoals die van de aarde. In plaats daarvan, ze lijken dikke dekens van waterstof te hebben.

In een nieuwe studie, twee wetenschappers van de Universiteit van Chicago onderzochten hoe de atmosfeer van die planeten evolueerde, en de waarschijnlijkheid dat zulke planeten ooit een atmosfeer krijgen die meer lijkt op de onze. Door duizenden gesimuleerde planeten te modelleren, ze schatten dat het zeer zeldzaam zou zijn dat een planeet die begon met een waterstofatmosfeer, zou evolueren naar een atmosfeer zoals die van de aarde - en dat zulke planeten vaak hun atmosfeer volledig verliezen.

Gepubliceerd op 21 juli in de Proceedings van de National Academy of Sciences , de resultaten verdiepen ons begrip van hoe planetaire atmosferen zich vormen en groeien, en kan astronomen helpen de beste plaatsen te vinden om naar planeten met aardachtige atmosferen te zoeken.

"De bewoonbare zone voor planeten ligt op een lijn - een kosmische kustlijn tussen te veel en te weinig atmosfeer, " zei Asst. Prof. Edwin Kite, eerste auteur van de studie en een expert op het gebied van de geschiedenis van Mars en de klimaten van andere werelden. "Zijn er veel planeten langs die kustlijn, of zijn ze zeldzaam? Dit is op dit moment een grote vraag in de planetaire wetenschap."

"We weten heel weinig over de atmosferen van rotsachtige exoplaneten, " zei Megan Barnett, een afgestudeerde student en tweede auteur van het papier. "De planeten waar we naar kijken in deze studie staan ​​te dicht bij hun sterren om leven te herbergen, maar het bestuderen ervan helpt ons de algemene processen te begrijpen die atmosferen maken of vernietigen."

Bijvoorbeeld, wetenschappers weten dat veel rotsachtige planeten zich vormen met waterstofatmosferen, maar wat er na die initiële vorming gebeurt, is veel minder duidelijk. Houden ze die sfeer, overgang naar een ander soort atmosfeer, of helemaal kwijt?

Kite en Barnett namen de informatie die we wel weten, en voerde het in een programma in om simulaties uit te voeren met planeten van verschillende groottes en met verschillende soorten atmosferen. Daarna stelden ze verschillende scenario's voor en observeerden wat er met de atmosfeer zou gebeuren als, zeggen, de helderheid van de nabije ster verandert, het veranderen van de hoeveelheid straling die door de planeet wordt ontvangen; of de ster dimt en de rots van de planeet koelt af; of vulkanen uitbarsten op het oppervlak.

Hun resultaten suggereerden dat als een planeet begint met een waterstofrijke atmosfeer, er zijn maar heel weinig combinaties van omstandigheden waaronder het uiteindelijk zou kunnen overgaan in een aardachtige atmosfeer. "Dat gebeurt gewoon niet in ons model, " zei Kite. "Verreweg de meest voorkomende uitkomst is dat het zijn atmosfeer verliest en voor altijd een kale rots blijft."

In een handvol gevallen echter, een planeet die iets groter was dan de grootte van de aarde slaagde erin een aardachtige atmosfeer te krijgen en te behouden door veel vulkaanuitbarstingen te hebben die gassen uitstortten.

Kite en Barnett ontdekten ook dat een planeet die begon met een aanvankelijke aardachtige atmosfeer, deze waarschijnlijker zou houden.

De resultaten, zeiden de wetenschappers, zal helpen bij het zoeken naar bewoonbare planeten door nieuwe telescopen zoals de James Webb Space Telescope, gepland voor volgend jaar.

"Uit onze bevindingen het lijkt erop dat als we warme exoplaneten willen vinden met aardachtige atmosferen, we moeten ons richten op werelden die begonnen zonder waterstofatmosferen, die om minder actieve sterren draaien, of zijn ongewoon groot, ' zei Kite.