De aarde heeft een kern van ijzer, gehuld in een mantel van silicaten (siliciumhoudende mineralen), en is bedekt met oceanen van water. Tot nu toe gingen wetenschappers ervan uit dat deze eenvoudige opzet ook van toepassing zou zijn op exoplaneten – planeten buiten ons zonnestelsel. Maar modelberekeningen van wetenschappers van ETH Zürich (Zwitserland) en de Princeton-universiteit (VS) laten zien dat exoplaneten veel complexer kunnen zijn (Nature Astronomy). De meeste exoplaneten die we kennen bevinden zich dicht bij hun moederster. Dit betekent dat het veelal gaat om hete werelden, bedekt met oceanen van gesmolten lava die nog niet voldoende zijn afgekoeld om een vaste mantel van gesteente te vormen zoals de aarde. In deze magma-oceanen lost water heel goed op – in tegenstelling tot bijvoorbeeld koolstofdioxide, dat snel ontgast en opstijgt naar de atmosfeer. De ijzerkern bevindt zich onder de gesmolten mantel van silicaten, maar hoe is dit water verdeeld over mantel en kern? Het nieuwe onderzoek laat zien dat de vorming van een ijzerkern enige tijd in beslag neemt. Aanvankelijk zit het ijzer in de vorm van druppeltjes opgeslagen in de hete ‘magmasoep’. Het water in deze soep verbindt zich met deze ijzerdruppeltjes en zakt met hen mee naar de kern. Tot nu toe was dit gedrag alleen bekend bij gematigde druk, zoals die in de aarde. Wat er gebeurt bij grotere planeten met een hogere inwendige druk was onbekend. Uit de nieuwe studie blijkt nu dat hoe groter de planeet en diens massa, des te meer water er met de ijzerdruppeltjes meereist naar de kern. Onder bepaalde omstandigheden kan dit ijzer daarbij tot wel zeventig keer meer water absorberen dan silicaten. Ten gevolge van de enorme druk in de kern, vormt dit water echter geen H2O-moleculen, maar is het aanwezig als waterstof en zuurstof. Deze bevindingen hebben grote gevolgen voor de interpretatie van waarnemingen van exoplaneten. Met behulp van telescopen in de ruimte en op aarde kunnen astronomen in bepaalde gevallen de massa en grootte van een exoplaneet berekenen. Ze gebruiken deze berekeningen om massa-straal-diagrammen te construeren, waaruit conclusies kunnen worden getrokken over de samenstelling van de planeet. Maar tot nu toe is daarbij geen rekening gehouden met de oplosbaarheid en de verdeling van water, waardoor de hoeveelheid water sterk kan worden onderschat: tot wel een factor tien. Waarschijnlijk bevatten exoplaneten dus veel meer water dan gedacht. Aanleiding voor de nieuwe studie was een onderzoek naar het watergehalte van de aarde, dat vier jaar geleden een verrassend resultaat opleverde: de oceanen op het aardoppervlak bevatten slechts een klein deel van al het water op onze planeet. Het overgrote deel van het water zit waarschijnlijk verborgen in het binnenste van de aarde. (EE) (Image credit:NASA/JPL-Caltech/R. Hurt)
