Astronomen finden Welt mit dicker, lebensfeindlicher Atmosphäre und Herz aus Eis

Der Exoplanet GJ1214b (Künstlerische Darstellung. Bild: ESO/L. Calçada

Astronomen haben die zweite so genannte Supererde gefunden, für die sich Masse und Radius bestimmen lassen - Messungen, die Rückschlüsse auf die innere Struktur des Exoplaneten erlauben [1]. Dies ist zudem die erste Supererde, für die sich eine Atmosphäre nachweisen lässt. Der Exoplanet, der die Bezeichnung GJ1214b trägt, eröffnet neue Perspektiven für die Suche nach bewohnbaren Welten.

Er besitzt die sechsfache Masse der Erde und scheint überwiegend aus Wassereis zu bestehen. Er hat eine vergleichsweise heiße Oberfläche und ist von einer dicken Atmosphäre umgeben, die äußerst unwirtliche Verhältnisse für die uns bekannten Arten von Leben schafft. In der dieswöchigen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature geben Astronomen die Entdeckung eines Planeten um den nahen, massearmen Stern GJ1214 bekannt [2]. Der Planet wurde mit der so genannten Transitmethode entdeckt, die ausnutzt, dass die Helligkeit eines Sterns um einen Bruchteil abnimmt, wenn ein Exoplanet von der Erde aus gesehen vor dem Stern vorbeizieht. Dies ist erst das zweite Mal, dass mit dieser Methode eine so genannte Supererde nachgewiesen werden konnte - ein Exoplanet mit einer Masse größer als der Erdmasse, aber kleiner als der zehnfachen Erdmasse [3]. Der neu entdeckte Planet besitzt sechs Mal soviel Masse wie die Erde, und sein Radius entspricht dem 2,7fachen des Erdradius. Von der Größe her liegt der Planet damit zwischen die Erde und den Eisriesen des Sonnensystems, Uranus und Neptun.

Die Masse von GJ1214b ist vergleichbar der Masse der ersten auf diese Weise entdeckten Supererde, des Planeten Corot-7b. Doch der Radius von GJ1214b ist deutlich größer, und damit dürften sich die beiden Planeten im inneren Aufbau deutlich voneinander unterscheiden: Während Corot-7b wohl einen felsigen Kern besitzt und von Lava bedeckt sein könnte, vermuten die Astronomen, dass GJ1214b zu drei Vierteln aus Wassereis und zu einem Viertel aus Silizium und Eisen besteht.

GJ1214b umkreist seinen Heimatstern einmal alle 38 Stunden in einer Entfernung von nur 2 Millionen Kilometern - nur rund ein Siebzigstel des Abstands der Erde von der Sonne. "Bei dieser geringen Entfernung des Planeten von seiner Sonne ist zu erwarten, dass die Oberflächentemperatur des Planeten rund 200 Grad Celsius beträgt - viel zu heiß, als dass es dort flüssiges Wasser geben könnte," so David Charbonneau, der Erstautor des Fachartikels.

Der gemessene Radius von GJ1214b ist deutlich größer, als es theoretische Planetenmodelle vorhersagen. Die Daten deuten darauf hin, dass der Planet von einer 200 Kilometer dicken Atmosphäre umgeben ist, die beim Transit dazu beiträgt, dass das Licht des Sterns abgeschirmt wird. "Diese Atmosphäre ist weit dicker als die Erdatmosphäre. Der hohe Druck und die Abwesenheit von Licht nahe der Planetenoberfläche machen es sehr unwahrscheinlich, dass sich hier Leben bilden konnte, wie wir es kennen," so Charbonneau weiter. "Trotzdem sind die dort herrschenden Bedingungen hochinteressant - dort könnten sich hochkomplexe chemische Reaktionen abspielen."

Xavier Bonfils, ein weiteres Mitglied des Forscherteams, fügt hinzu: "Da der Planet zu heiß ist, um eine Atmosphäre lange bei sich behalten zu können, können wir bei GJ1214b erstmals eine Atmosphäre untersuchen, die sich neu um einen Exoplaneten herum gebildet hat. Dabei ist dieses Planetensystem nicht allzu weit von der Erde entfernt, so dass es bereits mit heutigen Teleskopen möglich sein wird, seine Atmosphäre direkt zu untersuchen."

Der Planet wurde im Rahmen des MEarth-Projekts entdeckt, das auf der Suche nach Exoplaneten-Transits rund 2000 massearme Sterne überwacht [4]. Um zu bestätigen, dass es sich bei GJ1214b tatsächlich um einen Planeten handelt, und um seine Masse zu bestimmen, waren die Astronomen auf die hohe Präzision des HARPS-Spektrografen angewiesen, der am 3,6-Meter-Teleskop der ESO auf La Silla angebracht ist. HARPS ist das weltweit erfolgreichste Instrument für die Suche nach vergleichsweise kleinen Exoplaneten.

Koautor Stephane Udry fügt hinzu: "Dies ist die zweite Supererde, für die es gelungen ist, Masse und Radius zu bestimmen, so dass wir die Dichte des Planeten ausrechnen und Rückschlüsse auf seine innere Struktur ziehen können. In beiden Fällen hat das HARPS-Instrument die entscheidenden Daten geliefert."

"Die Unterschiede in der Zusammensetzung dieser beiden Planeten sind von Bedeutung für die die Suche nach bewohnbaren Planeten", schließt Charbonneau. Wenn Supererden ganz allgemein von einer Atmosphäre wie der des Planeten GJ1214b umgeben sind, könnte es sein, dass sie schlechte Ausgangsbedingungen für die Entwicklung von Leben bieten, wie wir es von der Erde her kennen.

Endnoten
[1] Als "Supererde" bezeichnen Astronomen einen Planeten mit mehr als einer, aber weniger als zehn Erdmassen. Ein Exoplanet ist ein Planet, der einen anderen Stern als unsere Sonne umkreist.
[2] Der Stern GJ1214 ist fünf Mal kleiner als unsere Sonne und strahlt 300 Mal weniger Licht ab.
[3] Corot-7b ist der kleinste und schnellste der bekannten Exoplaneten. Er ist von vergleichbarer Dichte wie die Erde; ein Dichtewert, der eine solide, felsige Welt nahelegt. Corot-7b wurde von dem Satellitenteleskop CoRoT entdeckt; seine Eigenschaften wurden mit dem HARPS-Instrument ermittelt (ESO 33/09).
[3] Das Projekt MEarth verwendet acht kleine Teleskope mit je 40 Zentimetern Durchmesser, die auf dem Mount Hopkins in Arizona stationiert sind. MEarth sucht nach Sternen, die ihre Helligkeit ändern - auf diese Weise lassen sich mit Hilfe der Transitmethode Exoplaneten entdecken. Auf diese Weise lassen sich etwa Helligkeitsänderungen nachweisen, die entstehen, wenn eine Supererde einen Roten Zwergstern umkreist. Für eine solche Konstellation ist die Helligkeitsänderung einfacher nachzuweisen als beispielsweise für Planeten von der Größe der Erde, die einen sonnenähnlichen Stern umkreisen.

Quelle: Universität Genf