40 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet sich ein kleiner Stern. Er ist nur knapp ein Zehntel so groß und schwer wie unsere Sonne und sein Licht leuchtet 2000 Mal geringer. Es handelt sich um einen roten Zwerg: klein, dunkel und nur halb so warm wie der Stern im Zentrum unseres Sonnensystems. Rote Zwerge gehören zu den häufigsten Objekten im Universum, aber der um den es hier geht ist trotzdem besonders. Denn er wird von drei Planeten umkreist. Und diese “roten Welten”, wie sie von den beteiligten Wissenschaftler genannt werden, könnten uns bei der Suche nach Leben anderswo im Universum weiterhelfen.

Das wichtigste gleich zu Beginn: Es gibt keine Anzeichen für Leben auf den drei neu entdeckten Planeten und es ist sogar zweifelhaft, ob es da überhaupt etwas geben könnte. Die Europäische Südsternwarte überschreibt ihre Pressemitteilung deswegen sogar mit “Drei potenziell bewohnbare Welten um benachbarten sehr kühlen Zwergstern gefunden” – und sogar das halte ich noch für ein wenig überzogen. Wichtig ist die Entdeckung dennoch!

Künstlerische Darstellung des TRAPPIST-1-Systems, gesehen von einem der drei Planeten aus (Bild: ESO/M. Kornmesser)

Künstlerische Darstellung des TRAPPIST-1-Systems, gesehen von einem der drei Planeten aus (Bild: ESO/M. Kornmesser)

Der Stern um den es geht hat einen komplizierten Namen (2MASS J23062928-0502285) und mittlerweile einen, der ein bisschen einfacher zu verwenden ist: TRAPPIST-1. Es handelt sich um den ersten Stern, bei dem das Teleskop TRAPPIST Planeten gefunden hat. Das Akronym steht für “TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope”; das Gerät befindet sich am La Silla-Observatorium der Europäischen Südsternwarte (ESO) und wird von der belgischen Université de Liège ferngesteuert betrieben (ich habe vor sechs Jahren schon mal darüber geschrieben, als das Teleskop den Betrieb aufnahm).

Die Astronomen haben damit das Licht vieler Sterne beobachtet und nach den typischen Verdunkelungen gesucht die auftreten, wenn dort von uns aus gesehen ein Planet am Stern vorüber zieht und dabei ein wenig von dessen Licht blockiert. In diesem Fall haben Michaël Gillon von der Université de Liège und seine Kollegen so nicht nur einen, sondern sogar drei Planeten entdeckt (“Temperate Earth-sized planets transiting a nearby ultracool dwarf star” (pdf)).

Der Planet Trappist-1b ist seinem Stern am nächsten und braucht nur 1,5 Tage für einen Umlauf. Trappist-1c ist kaum langsamer und bringt eine Runde um den Stern in 2,4 Tagen hinter sich. Ein wenig mehr Zeit lässt sich Trappist-1d, der immerhin 4,5 Tage braucht. Oder aber 73 Tage. So genau weiß man das nicht. Und da fangen die Probleme schon an.

Die Transit-Methode, also die Suche nach Verdunkelungen im Licht von Sternen ist mittlerweile sehr gut darin, Planeten zu finden. Weniger einfach ist es damit, Planeten zu charakterisieren. Man hat den Stern während 62 Nächten im Herbst/Winter 2015 beobachtet. Das reicht zwar aus, um die Umlaufzeiten der beiden inneren Planeten gut zu bestimmen. Beim äußeren Planeten ist der Fehler aber noch sehr groß. Wenn da gleich drei Planeten um den Stern laufen und ihn verdunkeln, ist es gar nicht so einfach zu bestimmen, welche Verdunkelung zu welchem Planeten gehört. Man löst das Problem durch den Vergleich der Beobachtungsdaten mit Computersimulationen und die liefern eben keine eindeutigen Ergebnisse für den äußeren Planeten. Das Problem lässt sich aber leicht lösen, in dem man einfach noch mehr Daten sammelt.

Ein fundamentaleres Problem lässt sich dagegen auch mit mehr Daten (fast) nicht lösen: Man weiß zwar, wie groß die Planeten sind. Aber nicht wie schwer. Das Ausmaß der Verdunkelung des Sterns hängt vom Durchmesser der Planeten ab, aber nicht von ihrer Masse. Der Durchmesser beträgt bei allen drei Planeten nur wenig mehr als der Durchmesser der Erde. Aber das muss noch nicht viel heißen; vor allem nicht, dass alle diese Planeten auch tatsächlich der Erde ähneln. Sie könnten durchaus viel schwerer sein. Oder aber auch leichter, obwohl das in diesem Fall eher unwahrscheinlich ist. Kleine Sterne wie TRAPPIST-1 geben sehr viel extreme Ultraviolettstrahlung ab, wenn sie jung sind und die würde eventuell vorhandenes Wasserstoff- oder Heliumgas davon pusten. Vor allem in der Nähe des Sterns und genau da befinden sich die drei Planeten. Sie sind alle ihrem Stern viel, viel näher als Merkur, der sonnennächste Planet unserer Sonne. Es ist also unwahrscheinlich, dass es sich um “Mini-Gasriesen” mit kleinem Kern, dicken Gasschichten und geringer Dichte/Masse handelt. Aber wie ihre Zusammensetzung tatsächlich aussieht, also wie das Verhältnis von Metallen, Gesteinen und Eis bei ihrer Bildung war und heute ist, lässt sich nicht sagen.

Dazu müsste man andere Methoden benutzen. Man müsste beispielsweise die Geschwindigkeit messen, mit der der Stern hin und her wackelt, weil er durch die Gravitationskraft der Planeten leicht gestört wird. Auch das hat man bei anderen Sternen schon oft erfolgreich gemacht. Bei TRAPPIST-1 würde das zu erwartende Wackeln aber mit einer Geschwindigkeit von etwa 2 Kilometern pro Stunde stattfinden. Also halb so langsam wie durchschnittliche Schrittgeschwindigkeit! So genau zu messen sind wir derzeit nicht in der Lage; wir müssen damit auf die nächste Generation der Teleskope warten.

Ohne die Masse der Planeten zu kennen können wir aber auch nichts über ihre chemische Zusammensetzung sagen. Und damit auch nichts über die Bedingungen auf den Planeten oder gar, ob es dort “lebensfreundlich” ist. Bei TRAPPIST-1b und 1c ist das vermutlich sowieso auszuschließen. Nicht unbedingt, weil sie ihrem Stern so nahe sind und es deswegen dort so heiß ist. Die sogenannte Gleichgewichtstemperatur beträgt dort höchstens zwischen 120 und 60 Grad Celsius, kann aber auch deutlich darunter liegen. Die Gleichgewichtstemperatur ist aber nicht die reale Temperatur; die hängt von vielen anderen Eigenschaften ab (wie ich hier erklärt habe) und genau diese anderen Eigenschaften kennen wir nicht. Aber selbst wenn die Temperaturen passen sollten, sind die Planeten durch die Nähe zu ihrem Stern in einer gebundenen Rotation. Die wird durch die Gezeitenkraft des Sterns verursacht und die Planeten zeigen ihm daher immer die gleiche Seite, genau so wie auch unser Mond immer die gleiche Seite zur Erde richtet. Das führt zu extremen Temperaturunterschieden und Bedingungen, die etwaigen Leben kaum förderlich sind.

Ein wenig besser könnte es bei TRAPPIST-1d aussehen. Je nachdem wo sich das Ding tatsächlich aufhält, beträgt die maximale Gleichgewichtstemperatur circa 7 Grad Celsius. Oder aber liegt weit, weit darunter. Ein wenig so wie beim Mars in unserem Sonnensystem also. Aber wenn die Zusammensetzung und die (eventuell vorhandene) Atmosphäre passen, kann das am Ende in brauchbaren Temperaturen resultieren. Bei unserer Erde beträgt die Gleichgewichtstemperatur ja auch -18 Grad Celsius und nur dank unserer Atmosphäre ist es bei uns angenehm warm. Vor allem aber befindet sich TRAPPIST-1d weit genug vom Stern entfernt, dass seine Rotation nicht gebunden ist.

Zusammenhang zwischen Gleichgewichtstemperatur und Planetenradius bei den Planeten des TRAPPIST-1-Systems und den inneren Planeten unseres Sonnensystems. Die Werte für die drei TRAPPIST-1-Planeten sind ungenau bekannt und liegen irgendwo in den markierten Bereichen (Bild: Gillon et al, 2016, Seite 39)

Zusammenhang zwischen Gleichgewichtstemperatur und Planetenradius bei den Planeten des TRAPPIST-1-Systems und den inneren Planeten unseres Sonnensystems. Die Werte für die drei TRAPPIST-1-Planeten sind ungenau bekannt und liegen irgendwo in den markierten Bereichen (Bild: Gillon et al, 2016, Seite 39)

Kurz gesagt: Die drei Planeten sind zwar tatsächlich “potenziell bewohnbar”. Aber man muss schon sehr optimistisch sein, um wirklich von diesen Spezialfällen auszugehen. Das eigentlich interessante an diesem System ist aber nicht das man wieder mal Planeten gefunden hat, die vielleicht erdähnlich (und es aller Wahrscheinlichkeit nach doch nicht) sind. Sondern an der gesamten Konfiguration: 1) Der Stern ist nicht wahnsinnig weit weg; 40 Lichtjahre sind astronomisch gesehen gleich nebenan. 2) Der Stern ist sehr lichtschwach und kühl. 3) Er hat gleich drei Planeten die alle potentiell erdähnlich, wenn auch nicht unbedingt habitabel sind.

Diese drei Punkte nützen uns jetzt noch nichts. Aber im nächsten Jahrzehnt sind endlich die großen, neuen erdgebundenen und Weltraumteleskope fertig mit denen wir Planeten nicht nur finden, sondern auch die Zusammensetzung ihrer Atmosphären und damit tatsächlich auch ihre potentielle Bewohnbarkeit untersuchen können. Und dann gehört das Planetensystem von TRAPPIST-1 genau zu den Systemen, die wir untersuchen wollen! Es liegt nahe genug, damit wir eine Chance haben, etwas zu sehen. Der Stern leuchtet schwach genug, damit wir das von den Planeten reflektierte Licht auch sehen können. Und die gleich drei Planeten in einem einzigen System erlauben uns eine über den Einzelfall hinausgehende Analyse.

Genau deswegen ist die Entdeckung des TRAPPIST-1-Systems eine ziemlich coole Sache! Es ist ein ideales Testobjekt für die Zukunft. Und wir dürfen nicht vergessen, dass gelbe Sterne wie unsere eigene Sonne in der Minderheit sind. Die meisten Sterne in der Milchstraße sind rote Zwerge wie TRAPPIST-1. Sie sind häufiger und sie leben extrem viel länger als unser Stern. Und sie haben Planeten. Wenn wir einen vernünftigen Überblick über die Bedingungen anderswo im Universum kriegen wollen, dürfen wir diese “Roten Welten” nicht ignorieren. Sie sind – vermutlich – in der Mehrheit…

Kommentare (29)

  1. #1 A-P-O
    3. Mai 2016

    Gemäß diesem Artikel, handelt es sich aber um einen Braunen Zwerg und nicht um einen Roten Zwerg:
    http://derstandard.at/2000036169152/Erstmals-bewohnbare-Planeten-um-einen-Roten-Zwerg-entdeckt

  2. #2 Chemiker
    3. Mai 2016

    Manche Quellen im Internet nennen den Stern TRAPPIST–1 einen Roten Zwerg, andere einen Braunen Zwerg (derstandard.at hat sogar seinen Artikel umgeschrieben). Was stimmt denn nun?

  3. #3 mrFrank
    3. Mai 2016

    Florian,

    hier http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-20139-2016-05-03.html
    wird der Stern als “jupitergroß” bezeichnet. Das kann doch nicht sein, weil er dann keine Fusion zünden kann oder eben ein Sternüberrest sein müsste…
    Was ist er denn nun ?

  4. #4 Robert aus Wien
    3. Mai 2016

    Den oben erwähnten Artikel im Standard hab ich auch gelesen (mit der Korrektur). Das interessiert mich jetzt auch.

  5. #5 Thomas
    3. Mai 2016

    mit 0,08 Sonnenmassen und 0,12 Sonnenradien ist er zwar wirklich Zwergenhaft, aber es wird immer von einem kühlen Stern gesprochen in den Trappist Auftritten und nicht von einem braunen Zwerg.

  6. #6 Alderamin
    3. Mai 2016

    Der Stern hat die Spektralklasse M8. Klasse M sind Rote Zwerge. Braune Zwerge haben die Klassen L, T oder Y.

    Dass der Stern nur jupitergroß ist, ist zu erwarten. Ab etwas mehr als Jupitergröße werden Sterne mit zunehmender Masse dichter und kleiner. Erst ab den Roten Zwergen wächst der Radius wieder.

    @Florian

    Bei TRAPPIST-1 würde das zu erwartende Wackeln aber mit einer Geschwindigkeit von etwa 2 Kilometern pro Stunde stattfinden. Also halb so langsam wie durchschnittliche Schrittgeschwindigkeit! So genau zu messen sind wir derzeit nicht in der Lage; wir müssen damit auf die nächste Generation der Teleskope warten.

    Das Instrument HARPS in La Silla könnte dazu schon in der Lage sein (0,3-0,5 m/s) (Seite 3).

  7. #7 Florian Freistetter
    3. Mai 2016

    @mrFrank: “wird der Stern als “jupitergroß” bezeichnet. “

    Ob ein Stern fusioniert oder nicht hängt von der Masse ab, nicht der Größe. Ein kleiner roter Zwerg kann durchaus kaum größer als Jupiter sein.

  8. #8 Florian Freistetter
    3. Mai 2016

    @ALderamin: “Der Stern hat die Spektralklasse M8”

    Ja, steht auch so im paper und auch dort wird von red dwarf star geschrieben.

  9. #9 Robert aus Wien
    3. Mai 2016

    @Thomas: Danke, ich hab’s jetzt mal in der Wiki nachgeschlagen, dort steht als Massegrenze 7,5% der Sonnenmasse. Soll heißen: was darunter ist, ist ein brauner Zwerg, was darüber ist, ein roter Zwerg. Wobei das laut den Artikeln auch von der Metallizität abhängt. Also anscheinend wirklich ein roter Zwerg (aber vielleicht kann Florian dazu noch was schreiben), und der Standard liegt anscheinend wirklich falsch..

  10. #10 Jens
    Langen
    3. Mai 2016

    Könnte es sein, dass weitere Planeten um TRAPPIST-1 kreisen, die nicht in unserer Sichtlinie liegen oder hat man das schon ausgeschlossen?

  11. #11 Florian Rodler
    Heidelberg
    3. Mai 2016

    Der Stern ist nur geringfuegig groesser als Jupiter. Das witzige an diesem System ist, dass Beobachter von diesem System die Erde als Transitplaneten beobachten koennte.

    Warum ist das so? Weil der Stern Trappist-1 genau in der Ekliptik liegt …

  12. #12 Florian Rodler
    Heidelberg
    3. Mai 2016

    @Jens: Ja, es koennte noch mehr Planeten dort geben, die von uns aus gesehen nicht vor ihren Stern wandern.

  13. #13 Florian Rodler
    Heidelberg
    3. Mai 2016

    @Alderamin:

    Richtig, eine Radialgeschwindigkeit von 2000 m/s laesst sich an sich sehr leicht messen, das derzeitige Limit liegt bei etwa 0,5 m/s bei hellen Sternen. Allerdings ist der Stern schlicht zu dunkel – er hat eine Helligkeit von gerade mal 18 mag im V-Band.

  14. #14 Alderamin
    3. Mai 2016

    @Florian Rodler

    Richtig, eine Radialgeschwindigkeit von 2000 m/s laesst sich an sich sehr leicht messen, das derzeitige Limit liegt bei etwa 0,5 m/s bei hellen Sternen.

    Es ging um eine zu messende Geschwindigkeit von 2000 m pro Stunde, das sind 0,55 m/s und damit haarscharf an der Grenze dessen, was HARPS messen könnte.

    Die Helligkeit aber scheint tatsächlich ein Problem zu sein, danke für den Hinweis. Wie man diesem Papier (falls es noch aktuell ist) entnehmen kann, wurden für 16,6 mag. nur 30 m/s an Auflösung erreicht. Also müssen wir doch auf die Teleskope (und Spektrographen) der nächsten Generation warten.

  15. #15 Luk
    3. Mai 2016

    @Alderamin
    https://en.wikipedia.org/wiki/Teide_1 junge Braune können durchaus M8 haben.

    Trappist wird je nach Quelle als brown dwarf bezeichnet, wobei wohl red dwarf wahrscheinlicher ist.
    Er hatt 74-94 Jupitermassen, ist also hart an der Grenze.
    http://simbad.u-strasbg.fr/simbad/sim-id?Ident=2MASS+J23062928-0502285

  16. #16 knorke
    3. Mai 2016

    Ich mag den Humor: Die Belgier nennen ihr Teleskop Trappist. Großartig 🙂

  17. #17 Alderamin
    3. Mai 2016

    @Luk

    Danke für den Hinweis, der Spektraltyp zeigt ja im wesentlichen die Temperatur des Objekts an, und ein frisch kollabierter Brauner Zwerg von hinreichend Masse und mit ein wenig temporärer Fusion im Kern kann an der Oberfläche tatsächlich so heiß wie ein Roter Zwerg sein (bis M6.5, las ich gerade).

    Teide-1 wird in Deinem Link mit 120 Millionen Jahren angegeben, TRAPPIST-1 in meinem mit 500 Millionen, da sollte ein Brauner Zwerg schon etwas abgekühlt sein. Also eher ein Roter Zwerg.

  18. #18 Florian Rodler
    Heidelberg
    3. Mai 2016

    @Alderamin:

    oh, da hab ich mich vertan! Wahrscheinlich deshalb, weil ich die Einheiten m/s gewohnt bin. 😉

  19. #19 Florian Freistetter
    3. Mai 2016

    @Alderamin: “TRAPPIST-1 in meinem mit 500 Millionen”

    MWn nur als “größer als 500 Millionen”. Und da kommen noch ziemlich viele Zahlen hinter 500.000.000 😉

  20. #20 Higgs-Teilchen
    Im Standardmodell oben rechts
    3. Mai 2016

    @Alderamin

    Hat dir eigentlich schon jemand gesagt, dass dein neuer Avatar von Wile Coyote mal echt episch ist?

    Lg H.

  21. #21 Alderamin
    3. Mai 2016

    @Higgs-Teilchen

    Endlich merkt’s mal einer 😉

    Ich hab’ mich in einem Läuferforum angemeldet, da passte das Sternbild nicht so. Jemand hatte einen Roadrunner (aber den echten, nicht die Comic-Figur) als Avatar, das brachte mich auf den Koyoten, der ja eh’ der wahre Held dieser Serie war. Und ein laufender Koyote passte prima zum Läuferforum. Gefiel mir dann so gut, dass ich ihn auch nach hier holte.

    Kann mich gut mit dem glücklosen Kerl identifizieren. 😉

  22. #22 Wage
    4. Mai 2016

    Wir wissen ein bißchen was über das System, aber eben nicht sooo furchtbar viel. Vergleichsweise hat unser System auch drei bewohnbare Planeten, jedenfalls von woanders aus beobachtet: Venus, Erde und Mars. Nun ist die Venus recht heiß und der Mars recht kalt (verglichen mit dem restlichen System sogar recht mäßig). Ich würde von eine Fehlerquote weit über 70% ausgehen (in dem Fall 66,6…6%). Trotzdem. Es sind so viele. Potentiell lebensfreundliche Planeten werden seit der Kepler-Sache quasi wöchentlich entdeckt. Die Milchstraße beherbergt circa 100-300 Milliarden Sterne. Es gibt Schätzungen dazu und die wurden an anderer Stelle bereits diskutiert, aber es sei gesagt das selbst ein Prozent (wobei der tatsächliche Anteil auch darunter liegen könnte) selbst bei einer konservativen Schätzung in die Milliarden lebensfreundliche Planeten geht. Aufgrund der angenommen bewohnbaren Fläche der Galaxis darf man sich meiner Meinung nach ruhig mal Gedanken darüber machen in welcher Relation dies unsere Ideen zur Entstehung des Lebens rückt. Natürlich sind unsere momentanen Modelle, was die Unsicherheiten bei den Beobachtungen angeht und auch was die Toleranzgrenzen von Leben wie wir es kennen alles andere als ausgereift. Bewohnbar okay. Aber für was? Allein dafür bräuchte man eigentlich eine Klassifikation die von Flechten u. Bärentierchen zu uns selbst reicht. Und das sind keineswegs die Endpunkte an beide Enden der Skala. Ich schätze mal da kommt noch eine Menge Arbeit auf uns zu, aber auch die ein oder andere Entdeckung und Korrektur des Weltbildes. Wir kennen das ja aus der Geschichte.

  23. #23 Braunschweiger
    4. Mai 2016

    @Alderamin, Hicks-Teilchen:
    Kollege Dampier hat das schon am 30. April im Verschwörungsgeplauder bemerkt.

  24. #24 Alderamin
    4. Mai 2016

    @Braunschweiger

    Oh, das war mir entfallen. Schaue ich gleich mal nach…

  25. #25 strompo
    Die Planetenmaler sind zurück
    9. Mai 2016

    Könnt ihr euch noch erinnern, an die Zeit bevor die Voyager Sonden Fotos von den Planeten geschossen haben.
    In jedem zweiten Astronomiebuch gab es in dieser guten alten Zeit phantasievolle Malereien von Venus, Mars, Jupiter, …
    Mit Voyager war dann Schluss.
    Aber jetzt mit den Exoplaneten sind die Maler wieder dick da.
    Super !

  26. […] Rote Welten: Über drei potentiell bewohnbare Welten von Trappist-1 […]

  27. #27 gerhard beer
    26. Februar 2017

    Kann mrir einer erklären, wieso so ein Winzling wie Trappist 1, der zu seiner Entstehung nur eine sehr kleine Molekülwolke brauchte, zu 5 erdgroßen Gesteinsplaneten kommt?

  28. #28 HF(de)
    26. Februar 2017

    Ein Pudel ist ein Winzling verglichen mit uns Menschen. Wie kommt der zu 5 Flöhen? 😉

  29. #29 Alderamin
    26. Februar 2017

    Eben. Die Sonne hat knapp 2 Jupitermassen an Planeten, das sind rund 600 Erdmassen. Warum soll ein Stern von 1/12 Sonnenmasse nicht Planeten von zusammen rund 10 Erdmassen haben?