Planet K2-18b ist eine von Wasserdampf umnebelte Super-Erde – und potenziell bewohnbar
Astronomen haben die Atmosphäre einer fernen Super-Erde aufgespürt. Die chemische Zusammensetzung könnte auf lebensfreundliche Umweltbedingungen hindeuten.
Eine computeranimierte Darstellung des von Wasserdampf umhüllten Planeten K2-18b. Im Hintergrund ist das Muttergestirn sowie ein zweiter Planet zu sehen. (Bild: ESA/Hubble, M. Kornmesser)
Die Atmosphäre von terrestrischen Planeten ist mitunter nicht besonders erdähnlich. Das zeigt bereits ein Vergleich zwischen Mars und Venus. Während der rote Planet nur eine sehr dünne und kühle Atmosphäre besitzt, herrscht auf der Venus dicke Luft mit höllisch hohen Temperaturen. Über die Gashüllen der über 4000 bestätigten extrasolaren Planeten ist bisher nur wenig bekannt. Nur bei einigen wenigen jupiterähnlichen Planeten gelang es bisher, eine Atmosphäre nachzuweisen. Jetzt haben Astronomen erstmals Wasserdampf in der Atmosphäre eines extrasolaren Planeten nachgewiesen, der deutlich kleiner ist als Jupiter und der in der habitablen Zone seines Sterns kreist. Der Fund könnte darauf hindeuten, dass auf der fernen Welt lebensfreundliche Bedingungen herrschen.
Es geht um den Exoplaneten K2-18b. Wie Forscher um Angelos Tsiaras vom University College in London im Fachblatt «Nature Astronomy» schreiben, wurde er bereits im Jahr 2015 vom Kepler-Weltraumteleskop der Nasa in rund 110 Lichtjahren Entfernung entdeckt. In den beiden Folgejahren beobachtete auch das Hubble-Teleskop zwei Vorübergänge des Planeten vor seinem Heimatstern. Bei diesen Transits wurde einerseits das Licht des Sterns durch den Planeten teilweise blockiert, andererseits das verbleibende Sternenlicht durch dessen Gashülle gefiltert. Die damals archivierten Daten hat das Forscherteam neu analysiert. Dabei fanden sie den Wasserdampf, zudem deuten die Messungen auf Wasserstoff und Helium in der Atmosphäre hin.
Keine zweite Erde
K2-18b ist keine zweite Erde, sondern rund achtmal so schwer. Er fällt damit in die Gewichtsklasse der sogenannten Super-Erden, für die es unter den acht Planeten der Sonne keine Entsprechung gibt. Mit einer Dichte von 3,3 Gramm pro Kubikzentimeter (Erde: 5,5) könnte er eine felsige Kruste haben, ähnlich wie ein terrestrischer Planet. Er könnte aber auch eine von einem globalen Ozean dominierte Wasserwelt sein. Welches Szenario zutreffender ist, ist unbekannt. Im Prinzip könnte auf der Oberfläche wohl flüssiges Wasser existieren, denn der Planet erhält von seinem Muttergestirn genauso viel Wärme wie die Erde von der Sonne. Allerdings dürfte K2-18b einer stärkeren ionisierenden Strahlung ausgesetzt sein als die Erde, was die Lebensfreundlichkeit relativiert.
Die Koautorin Giovanna Tinetti sieht in K2-18b einen der interessantesten Planeten für zukünftige Studien. Gleichwohl müssen die Forscher viele Unklarheiten bei der momentanen Datenlage einräumen: Beispielsweise ist noch unbekannt, welche anderen Moleküle es in der Luft des fernen Planeten gibt. Sind auch Stickstoff und Methan vorhanden, wie die Autoren vermuten? Zudem weiss man nicht, wie stark der Himmel auf K2-18b von Wolken verhangen ist. Der Prozentsatz des atmosphärischen Wassers kann deshalb nur sehr grob taxiert werden, er liegt je nach den verwendeten Annahmen zwischen 0,01 und 50 Prozent.
Ein aufregender Fund
Kevin Heng von der Universität Bern, der selbst an der Studie nicht beteiligt war, begrüsst diese trotzdem als Meilenstein. Ähnliche Untersuchungen seien bereits oft durchgeführt worden, doch hier sei erstmals bei einer Super-Erde ein wirklich klares Signal gefunden worden. Das sei eindeutig ein aufregender Fund. Denn es geht bei solchen Analysen nicht ausschliesslich um die Chemie der Atmosphären. Das Fernziel ist, anhand bestimmter Substanzen, die als «Biomarker» eingestuft werden, auf eine mögliche biologische Aktivität zu schliessen. Der Experte bremst jedoch die Erwartungen: «So weit sind wir noch nicht.»
Generell ist die Charakterisierung extrasolarer Gashüllen ein sehr schwieriges Geschäft. Im Fall des von sieben Exoplaneten bevölkerten Trappist-1-Systems blieb die Suche nach Atmosphären bisher erfolglos. Das liegt unter anderem daran, dass der Zentralstern dieses Planetensystems nur mit 0,5 Promille der Leuchtkraft der Sonne glimmt. Das Signal ist deshalb zu schwach für die bisherigen Teleskope.
Deshalb setzten die Forscher auf die nächste Generation von Weltraumteleskopen. Dazu gehören das internationale James-Webb-Teleskop und die europäische Ariel-Mission; die voraussichtlichen Starttermine sind 2021 und 2028. Bereits seit April 2018 ist der Nasa-Satellit Tess im All. Er soll in den kommenden Jahren Hunderte weiterer Super-Erden wie K2-18b entdecken. Laut dem Koautor Ingo Waldmann ist es deshalb wahrscheinlich, dass bald viele potenziell habitable Planeten gefunden werden. Denn anders als in unserem Sonnensystem seien Super-Erden die häufigsten Planeten in der Milchstrasse.
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