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Magmaozeane und frühe Atmosphären im Labor
Redaktion
/ Pressemitteilung der Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung
astronews.com
9. September 2025
Zu Beginn ihrer Entwicklung sind viele Planeten so heiß,
dass ihr Gestein schmilzt. Zu diesem Zeitpunkt entstehen die ersten Atmosphären.
Im Rahmen des Projekts ELMO sollen in Göttingen nun solche Magmaozeane im Labor
simuliert und mithilfe eines neuen Verfahrens untersucht werden. Das Vorhaben
wird im Rahmen eines ERC Starting Grant unterstützt.
Im Ofen wird bei bis 1500 Grad Celsius das
künstliche Magma (hier im Tiegel) aus Silikatgestein und
weiteren Zusätzen erzeugt.
Foto: MPS (C. Renggli) [Großansicht] |
Riesige Ozeane aus heißem, rotglühendem Magma bedeckten in den Kindertagen
unseres Sonnensystems jeden der vier inneren Planeten Merkur, Venus, Erde und
Mars. Die notwendige Hitze, um das Gestein zu schmelzen, stammte aus dem Zerfall
radioaktiver Elemente oder von gewaltigen Einschlägen. Aus den Gesteinsschmelzen
entwichen Gase und bildeten so die ersten Atmosphären. Auf jungen, noch heißen
Exoplaneten außerhalb unseres Sonnensystems dürften solche Magmaozeane und ihre
ursprünglichen Atmosphären auch heute existieren.
Diese Phase der Planetenentwicklung besser zu verstehen, ist Ziel der neuen
Forschungsgruppe von Christian Renggli am Max-Planck-Institut für
Sonnensystemforschung (MPS). Das Projekt, das im Rahmen eines ERC Starting Grant
in den nächsten fünf Jahren mit 1,5 Millionen Euro vom Europäischen
Forschungsrat unterstützt wird, soll die Frage zu beantworten helfen, warum auf
der Erde nach ihrem Erkalten lebensfreundliche Bedingungen entstanden, auf
anderen Planeten jedoch nicht.
Die Suche nach Antworten auf diese Frage führt die Forschenden der Gruppe
ELMO (Experimental Laboratory Magma Ocean) ins Labor. Denn einen direkten Zugang
zu Magmaozeanen und ihren Atmosphären gibt es nicht. Im Fall unseres
Sonnensystems trennen uns Milliarden von Jahren von diesem frühen Zustand. Zwar
ist von manchen Himmelskörpern Gestein aus dieser Zeit erhalten. Doch die damals
entstandenen Gashüllen haben sich seitdem zum Teil dramatisch weiterentwickelt
oder sind gar verloren gegangen. Im Fall ferner, noch immer heißer Exoplaneten
ist nicht Zeit, sondern Raum das Problem. Aus einem Abstand von tausenden von
Lichtjahren können Teleskope im All oder auf der Erde zwar Hinweise auf die
Zusammensetzung der Planetenatmosphären liefern. Die Zutatenliste der
Magmaozeane bleibt jedoch verborgen.
Nur wenige Milligramm Gesteinsschmelze reichen, um einen planetaren
Magmaozean im Labor "nachzubauen". Das künstliche Magma besteht in erster Linie
aus Silikatgesteinen, die bei den inneren Planeten unseres Sonnensystems den
Hauptteil von Kruste und Mantel ausmachen. Zugesetzt werden im Experiment
gezielt weitere Zutaten wie Wasser und Schwefel. In einer geschlossenen Kammer
wird das künstliche Gestein dann auf bis zu 2000 Grad Celsius erhitzt. Gase
verdampfen, werden zum Teil wieder gelöst, bis sich nach und nach ein
Gleichgewicht zwischen Magma und Gasschicht einstellt – genau wie im frühen
Sonnensystem.
Anderes als bei herkömmlichen Experimenten entnehmen die Göttinger
Forschenden mit ihrem Versuchsaufbau erstmals nur einen winzigen Gasstrom und
analysieren seine genaue Zusammensetzung im Quadrupol-Massenspektrometer. Nur so
wird der Gleichgewichtszustand nicht gestört und verfälscht. Beobachtungsdaten
aktueller Weltraummissionen wie der ESA-Raumsonden BepiColombo und
PLATO sowie des James-Webb-Weltraumteleskops sollen die Labordaten ergänzen und
in den größeren Kontext der gesamten Planetenentstehung und-entwicklung
einbetten.
Dr. Christian Renggli hat an der Universität Bern in der Schweiz und an der
Ludwig-Maximilians-Universität München studiert und an der Research School for
Earth Sciences an der Australischen Nationaluniversität promoviert. Nach fünf
Jahren an der Universität Münster ist Christian Renggli seit zwei Jahren
Wissenschaftler am MPS. Mit den begehrten ERC Starting Grants unterstützt der
Europäische Forschungsrat (European Research Council, ERC) Wissenschaftlerinnen
und Wissenschaftler, die noch am Beginn ihrer Laufbahn stehen. Die Förderung
ermöglicht es ihnen, mit ihrer Forschungsgruppe einem eigenen, ambitionierten
Forschungsprojekt nachzugehen.
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