Der Einfluss starker stellarer Teilchenereignisse und galaktischer kosmischer Strahlung auf exoplanetare Atmosphären

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. John Lee Grenfell; Privatdozent Dr. Konstantin Herbst, Ph.D.; Dr. Miriam Sinnhuber
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446096851

Exoplaneten sind so vielfältig wie faszinierend. Sie variieren von ultra-heißen Jupiter-artigen Planeten geringer Dichte und vermutlichen Gas-Eis-Gestein-Mischungen wie GJ1214b, zu Welten wie LHS1140b mit der doppelten Dichte der Erde. Bekannte Verhältnisse von Masse zu Radius zeigen, dass die planetare Masse eines festen Radius über einen sehr weiten Bereich variieren kann, und umgekehrt Planeten derselben Masse Radien kleiner als die Erde bis zu mehreren Jupiter-Radien besitzen können. Neue spektakuläre Entdeckungen sind, z.B., der Vorschlag einer "Neptun-Wüste" und die als "ulton-gap" bekannte Lücke in den Radien zwischen Supererden und kleinen Gasplaneten.Bezüglich der großen Diversität exoplanetarer Atmosphären ist noch sehr viel zu erforschen. Für einige wenige, ausgewählte Systeme wie GJ1214b, Proxima Centauri b und TRAPPIST-1 existieren bereits erste Beobachtungen ihrer Atmosphären, oder werden in naher Zukunft erwartet. Um diese Beobachtungen interpretieren zu können, sind jedoch Modellstudien von Planetenatmosphären notwendig, welche verschiedene Prozesse – wie atmosphärischen Escape, das Ausgasen, Klima, Photochemie, sowie die Physik von Luftschauern und den Transport von stellarer kosmischer Strahlung und galaktischer kosmischer Strahlung (SCRs und GCRs) durch die stellaren Astrosphären und planetaren Magnetfelder – berücksichtigen.In diesem Projekt werden wir unsere neu entwickelte Modellsuite auf Atmosphären von Exoplaneten anwenden und weiterentwickeln, um Snapshots möglicher Observablen wie messbarer Planetenradius, atmosphärische Albedo, und atmosphärische spektrale Signaturen für verschiedene mögliche Atmosphären zu berechnen. Wir werden die folgenden wissenschaftlichen Fragen adressieren:Q1: Welche Prozesse entscheiden, ob (Gesteins-)Welten um kühlere Sterne Atmosphären halten können?Q2: Wie entwickeln sich Atmosphären in kühleren Sternensystemen?Q3: Wie vergleichen sich unsere Ergebnisse mit den wenigen vorhandenen Beobachtungen?Wir werden Modellstudien für eine große Zahl verschiedener möglicher Exoplaneten-Atmosphären und stellarer Umfelder durchführen. Aus der Analyse dieser Modellergebnisse werden wir den Einfluss von SCRs und GCRs auf das Klima des Planeten, seine atmosphärische Dichte und Zusammensetzung, sowie die Strahlungsbelastung am Boden und die Strahlungsdosis untersuchen.

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