Überkritischer Dampf? Versteckter vierter Stern? Kepler-Teleskop entdeckt Wasserwelt außerhalb unseres Sonnensystems

Nach jahrelanger Beobachtung sind Exoplaneten voller Leben. Hinter den Daten offenbart sich eine verborgene Welt

Astronomen entdecken bizarren Doppel-Exoplaneten, der eine „Wasserwelt“ sein könnte

Zwei Planeten, die vom außer Dienst gestellten Kepler-Weltraumteleskop der NASA entdeckt wurden, könnten neuen Forschungsergebnissen zufolge zur Hälfte aus Wasser bestehen.

Die beiden Exoplaneten mit den Namen Kepler-138c und Kepler-138d befinden sich im Sternbild Leier und umkreisen einen Stern, der 218 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Im Jahr 2014 weckten Daten des Kepler-Weltraumteleskops das Interesse der Wissenschaftler. Sie beschlossen, die beiden Planeten mit dem Hubble-Weltraumteleskop und dem inzwischen außer Dienst gestellten Spitzer-Weltraumteleskop der NASA erneut zu besuchen, in der Hoffnung, mehr über diese fernen Welten und ihre Zusammensetzung zu erfahren. Überraschenderweise bestehen sie größtenteils aus Wasser.

„Wir dachten, dass diese beiden Planeten, die etwas größer als die Erde sind, riesige Kugeln aus Metall und Gestein sind – wie eine größere Version unseres eigenen Planeten, weshalb wir sie ‚Supererden‘ nennen“, sagte Björn Bennik, ein Planetenastrophysiker an der Universität Montreal in Kanada und Co-Autor der Studie, in einer Erklärung.

„Jetzt haben wir jedoch entdeckt, dass Kepler-138C und D sehr unterschiedlich sind: Ein großer Teil ihrer Masse könnte aus Wasser bestehen“, sagte er. „Dies ist das erste Mal, dass wir einen Exoplaneten gesehen haben, bei dem die Existenz einer ‚Wasserwelt‘ bestätigt werden kann – ein Planetentyp, dessen Existenz Astronomen schon lange vermutet haben.“

Künstlerische Darstellung eines Exoplaneten mit einer Atmosphäre, die Wasserdampf enthält. (Bildnachweis: ESA/Hubble, M. Kohlmesser)

Die Astronomen können noch immer nicht mit Sicherheit sagen, ob diese Planeten wirklich reich an Wasser sind, und sie haben das Vorhandensein von Wasser auf diesen Welten noch immer nicht direkt nachgewiesen. Allerdings gelang es den Forschern, die Dichte der einzelnen Planeten zu berechnen: Sie sind etwa dreimal so groß wie die Erde und nur doppelt so massereich, d. h. sie haben eine viel geringere Dichte als unser Planet.

(Die Tatsache, dass die beiden Planeten sich so ähnlich waren, war überraschend – die Wissenschaftler hatten erwartet, dass sie sehr unterschiedlich sein würden.) Die niedrigeren Dichten lassen darauf schließen, dass beide Welten mindestens zur Hälfte aus einem Material bestehen, das schwerer ist als der Wasserstoff und das Helium, aus denen die Gasriesen bestehen, aber leichter als das Gesteinsmaterial, das die Wissenschaftler erwartet hatten – Wasser ist eine Möglichkeit.

Die Forscher glauben, dass die beiden Planeten in gewisser Weise den Eissatelliten im äußeren Sonnensystem ähneln könnten, wobei sich unter der Eishülle Ozeane aus flüssigem Wasser verbergen, die den felsigen Kern umgeben. Allerdings werden die beiden von Kepler entdeckten Planeten viel heißer sein als diese Monde und nur sehr wenig Eis enthalten.

„Stellen Sie sich eine größere Version von Europa oder Enceladus vor, den wasserreichen Monden von Jupiter und Saturn, aber viel näher an ihren Sternen“, sagte Caroline Piollet, Doktorandin an der Universität Montreal und Hauptautorin der neuen Studie, in einer Erklärung. „Die Temperaturen in den Atmosphären von Kepler-138c und Kepler-138d liegen wahrscheinlich über dem Siedepunkt von Wasser, daher erwarten wir, dass sie eine dichte Atmosphäre haben, die von Wasserdampf dominiert wird.“

Eine künstlerische Darstellung des Exoplaneten Kepler-138D im Vergleich zur Erde. (Bildnachweis: Benoît Goujon, Universität Montreal)

(Wissenschaftler glauben, dass sich unter dem Dampf flüssiges Wasser befinden könnte oder sogar flüssiges Wasser, das bei hohen Temperaturen und Drücken wie ein Gas fließt – ein Zustand, der als überkritische Flüssigkeit bezeichnet wird.)

Diese beiden bizarren Planeten waren nicht die einzigen Überraschungen, die die Forscher in den Daten von Hubble und Spitzer fanden. Zunächst nutzten Astronomen Keplers Beobachtungen, um drei Planeten zu finden, die 2014 veröffentlicht wurden. Benneke interessiert sich besonders für den äußersten Planeten, Kepler-138D, und hob Beobachtungen hervor, die Hubble und Spitzer zwischen 2014 und 2016 gemacht haben.

Diese Daten deuteten auf die Existenz eines vierten Planeten hin, der Kepler-138E genannt wird. Es wäre eine kleine Welt, die ihren Stern alle 38 Tage umkreist, und zwar nahe genug, um flüssiges Wasser auf der Oberfläche zu ermöglichen, sagte der Wissenschaftler. (Kepler-138B und C haben Umlaufzeiten von 10 bzw. 14 Tagen.)

Unterdessen deuten zusätzliche Beobachtungen darauf hin, dass der innerste Planet, Kepler-138b, etwa die Größe des Mars hat und damit einer der kleinsten der über 5.000 Exoplaneten wäre, die Wissenschaftler entdeckt und katalogisiert haben.

Die Forscher hoffen, dass Kepler-138 und andere Planeten nicht die letzten sind, die solche Rätsel aufgeben. „Da unsere Instrumente und Techniken immer empfindlicher werden und wir Planeten finden und untersuchen können, die weiter von ihren Sternen entfernt sind, werden wir möglicherweise mehr Wasserwelten wie Kepler-138C und D finden“, sagte Benneke.

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Ein Exoplanet oder extrasolarer Planet ist ein Planet, der außerhalb unseres Sonnensystems liegt. Die ersten dokumentierten Beweise für die Existenz von Exoplaneten stammen aus dem Jahr 1917, sie wurden damals jedoch noch nicht identifiziert. Der erste entdeckte Exoplanet wurde 1992 bestätigt. Ein anderer Planet, der bereits 1988 entdeckt worden war, wurde erst 2003 bestätigt. Bis zum 1. Dezember 2022 wurde die Existenz von 5.284 Exoplaneten bestätigt, die zu 3.899 Planetensystemen gehören, von denen 847 Systeme mehr als einen Planeten haben.

Das Kepler-Weltraumteleskop ist ein außer Dienst gestelltes Weltraumteleskop der NASA, das 2009 gestartet wurde und zur Suche nach erdgroßen Planeten konzipiert wurde, die andere Sterne umkreisen. Das nach dem Astronomen Johannes Kepler benannte Raumschiff wurde zur Durchführung seiner Mission mit William J. Borucki als leitendem Forscher in eine heliozentrische, mit der Erde synchronisierte Umlaufbahn gebracht. Nach neuneinhalb Betriebsjahren ging dem Reaktionssystem des Teleskops der Treibstoff aus. Am 30. Oktober 2018 gab die NASA bekannt, dass es außer Dienst gestellt wurde.

VON: Meghan Bartels

FY: Nyarlathotep ist unerhört

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