Atmosphären-Evolution

In diesem Forschungsbereich konzentrieren wir uns auf die Wechselwirkungsprozesse von solarer oder stellarer Strahlung und Plasma mit den oberen Atmosphären von Planeten und Körpern ohne Atmosphären (z.B. Merkur, Mond/e, Kometen, Asteroiden und planetare Embryos). Die Entwicklung der Planetenatmosphären von primordialen Atmosphären, mit Magma-Ozeanen in Verbindung stehenden Dampfatmosphären und Sekundäratmosphären werden untersucht. Der Ursprung und das Entweichen von Exosphären aus planetaren Körpern ohne Atmosphären sowie die Auswirkungen auf deren Änderung der Oberflächenzusammensetzung werden ebenfalls untersucht. Variationen von Isotopen und flüchtigen Elementen in verschiedenen Planetenreservoirs geben Auskunft über das Entweichen einer Atmosphäre, die Zusammensetzung und sogar die Quelle des akkretierenden Materials. Zur Untersuchung der Evolutionsprozesse werden bekannte atmosphärische Isotopen- und Elementverhältnisse für evolutionäre Reproduktionsversuche verwendet. Der Ursprung der N2-O2-dominierten Sekundäratmosphäre der Erde wird im Rahmen einer vergleichenden Planetologie zwischen Venus, Mars und potenziellen terrestrischen Exoplaneten untersucht. Ein besseres Wissen darüber, wie die Erde ihre Biosphäre hervorgebracht hat, wird dann auch unser Verständnis im Hinblick auf die potenzielle Bewohnbarkeit von erdähnlichen Exoplaneten verbessern.

Abbildung a) zeigt die wahrscheinlichsten Proto-Erd-Akkretionsszenarien, die durch unterschiedliche Isotopensystematik (D-H, atmosphärisches Ar & Ne, ursprüngliche 3He-Häufigkeit im tiefen Mantel) und Isotopen-Chronometer (Hf-W, UP) in Abhängigkeit von der Lebensdauer und Aktivität der jungen Sonne durch das IWF-Team aus mehreren ihrer veröffentlichten Forschungsartikeln abgeleitet werden können. Der Massenanteil von Proto-Earth während der Scheibenverteilung sollte danach etwa 0,5 - 0,6 MEarth (dunkelgrauer Bereich) betragen haben.

Abbildung b) zeigt die modellierten Reaktionen der oberen Atmosphäre auf die von N2-O2 dominierte Erdatmosphäre im Vergleich zu Saturns großem Mond Titan, einem Körper im äußeren Sonnensystem mit einer N2-Atmosphäre. Die Erdatmosphäre wäre in den ersten mehreren hundert Millionen Jahren nicht stabil gegen die höhere weiche Röntgenstrahlung und der extremen ultravioletten Strahlung (XUV) der jungen Sonne gewesen, was darauf hinweist, dass ihre Atmosphäre höchstwahrscheinlich eine andere Zusammensetzung hatte, und sehr wahrscheinlich CO2-dominant war.