Seit Jahren kritisiere ich Medien wenn sie über die angebliche Entdeckung einer “zweiten Erde” berichten. Denn man hat noch nirgendwo im Universum einen Planeten gefunden, der unserer Erde an Lebensfreundlichkeit auch nur annähernd gleich kommt. Auch der Planet mit der Bezeichnung K2-18b der aktuell für Schlagzeilen sorgt ist keine “zweite Erde” (und überraschenderweise wird das in den Medien auch weitestgehend korrekt dargestellt). Aber ein wichtiger Schritt auf der Suche nach einem echten lebensfreundlichen Planeten außerhalb des Sonnensystems!
Um welchen Planeten geht es?
Der Planet trägt die Bezeichnung “K2-18b”. Das K2 kommt von der “Second Light”-Mission des Kepler-Weltraumteleskops, also der Phase als man nach der primären Mission des Teleskops und nach dem Ausfall einiger Steuermechanismen mit den restlichen Kapazitäten noch auf die Suche nach weiteren Planeten anderer Sterne ging. 2015 hat man dabei einen Planeten beim Stern “K2-18” gefunden. Das ist ein roter Zwerg im Sternbild Löwe, 110 Lichtjahre von der Erde entfernt. Er hat etwa ein Drittel der Masse unserer Sonne, ist weniger als halb so groß wie unser Stern und mit einer Temperatur von 3300 Grad Celsius deutlich kühler.
Der Planet selbst ist seinem Stern sehr nahe; er braucht für einen kompletten Umlauf nur 33 Tage. Der mittlere Abstand zwischen ihm und seinen Stern beträgt nur 22 Millionen Kilometer, also weniger als der Abstand zwischen Sonne und Merkur (58 Millionen Kilometer). Die Nähe sorgt dafür, dass der Planet trotz der schwachen Leuchtkraft des Sterns noch genug Energie abbekommt, so dass dort Temperaturen herrschen könnten die knapp über dem Gefrierpunkt liegen. Dabei handelt es sich um die sogenannten Gleichgewichtstemperatur, wie warm oder kalt es dort wirklich ist hängt davon ab ob und welche Atmosphäre auf K2-18b existiert.
Der Planet selbst ist nicht erdähnlich. Er ist fast dreimal so groß wie die Erde und hat fast 9 mal so viel Masse wie unser Planet. Es handelt sich also um eine “Supererde”; eine Art von Planet die es in unserem Sonnensystem nicht gibt.
Was hat man nun herausgefunden?
Wissenschaftlerinnen und Wissenchaftler haben die Weltraumteleskope Hubble und Spitzer benutzt um die Helligkeitsschwankungen des Sterns zu beobachten der von K2-18b umkreist wird. Von uns aus gesehen zieht der Planet direkt am Stern vorbei und verdunkelt dabei ein wenig von seinem Licht. So hat man seine Existenz überhaupt erst entdeckt; damit war es aber nun auch möglich mehr über seine Atmosphäre heraus zu finden. Denn wenn der Planet gerade dabei ist sich vor den Stern zu schieben, strahlt ein bisschen des Lichts durch die Atmosphäre des Planeten hindurch. Die Moleküle in der Atmosphäre blockieren dabei ein wenig des Sternlichts, das danach fehlt. Sie erzeugen Spektrallinien und zwar unterschiedliche je nach Art der Moleküle. Dabei wurde Wasserdampf nachgewiesen, also Wassermoleküle in der Atmosphäre.
Hat man das erste Mal Wasser in der Atmosphäre eines Planeten gefunden?
Ganz wichtig: Es geht um Wasserdampf, nicht um flüssiges Wasser! Um flüssiges Wasser nachweisen zu können, müssten wir auch genau über den Druck Bescheid wissen, der in der Atmosphäre eines Planeten herrscht, über die Temperatur und die Art und Weise wie sich Druck und Temperatur in unterschiedlicher Höhe in der Atmosphäre verändern. Das wissen wir bei K2-18b nicht bzw nur sehr eingeschränkt. Die Forscherinnen und Forscher vermuten dass flüssiger Regen fallen könnte, aber auch nur in Teilen der Atmosphäre. Dazu bräuchte es Wolken und es ist nicht klar, ob es die dort wirklich gibt. Dieses Bild zeigt die Schwierigkeiten:
Man sieht hier auf der y-Achse die “Transittiefe”, also vereinfacht gesagt die Menge an Licht die blockiert wird während sich der Planet vor den Stern schiebt. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge des Lichts aufgetragen dessen Verminderung man untersucht. Die schwarzen Punkt sind die Messwerte (mit Fehlerbalken). Die drei bunten Linien sind Computermodelle die zeigen was zu erwarten wäre wenn man eine Atmosphäre hätte in der Wasserdampf ist (blau), Wasserdampf mit Wolken (grün) und Wasserdampf mit Stickstoff. Grün ist also die Atmosphäre mit Wolken, die beiden anderen Linien zeigen wolkenfreie Atmosphären. Aber so richtig gut lassen sich die Modelle anhand der Messwerte nicht unterscheiden.
Auch die Menge an Wasserdampf in der Atmosphäre lässt sich durch die Messungen nicht bestimmen. Man weiß nur, dass Wasserdampf ist. Man ist sich auch ziemlich sicher, dass in der Atmosphäre noch Wasserstoff und Helium vorhanden sind. Diese beiden Atome sind die leichtesten aller Elemente und bewegen sich dadurch sehr schnell. So schnell, dass sie hier bei uns von der Anziehungskraft der Erde nicht zurückgehalten werden können und im Laufe der Zeit ins All entkommen. Es braucht mehr Masse um diese flüchtigen Gase festzuhalten; Atmosphären aus Wasserstoff und Helium finden wir daher im Sonnensystem bei den großen Gasplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Die Supererde von K2-18 hat aber scheinbar genug Masse um sich noch ein wenig Wasserstoff und Helium behalten zu können.
Wasserdampf hat man übrigens nicht das erste Mal entdeckt; wir haben schon viele Planeten gefunden die Wassermoleküle in ihrer Atmosphäre haben. Aber das waren bis jetzt alles große Gasplaneten. K2-18b ist deswegen tatsächlich eine Premiere; der erste Planet der kein Gasriese ist auf dem wir Wasserdampf gefunden haben.
Kann es dort Leben geben
Auch das ist – bestenfalls – unklar. Realistisch betrachtet ist es eher unwahrscheinlich. Abgesehen davon dass wir über die konkreten Bedingungen auf der Oberfläche des Planeten noch nicht viel wissen (nicht mal ob es überhaupt eine echte Oberfläche wie auf der Erde gibt), könnte vor allem der Stern Probleme machen. Es ist ein roter Zwerg und die neigen zu sehr starken Aktivitätsausbrüchen. Weil sie kleiner sind, wird dort die gesamte Sternmaterie quasi ständig durchgerührt. Heißes Plasma steigt direkt aus dem Sternzentrum bis hinauf an die Oberfläche, kühlt ab und sinkt wieder bis ganz nach Innen (in größeren Sternen wie der Sonne umfasst diese “Konvektionszone” nur die äußeren Bereiche des Sterns). Das ist einerseits gut für den Stern, weil er so sein Plasma viel effektiver für die Kernfusion nutzen und deutlich länger leben kann als ein Stern der nicht komplett “umgerührt” wird. Rote Zwerge haben Lebensspannen von bis zu einigen Billionen Jahren. Die starke Dynamik der Plasmaströme im Sterninneren führt aber auch zu starken Magnetfeldern und damit einhergehenden starken Aktivitätsausbrüchen. Rote Zwerge schleudern immer wieder jede Menge Material aus sich selbst hinaus ins All und es gibt auch starke Ausbrüche harter Strahlung. All das trifft nahe Planeten – und K2-18b ist nahe – besonders stark und ist für die Entwicklung komplexer Lebewesen nicht unbedingt förderlich.
Künstlerische Darstellung von K2-18b und seinem Stern (Bild: ESA/Hubble, M. Kornmesser)
Was haben wir denn nun konkret gelernt?
Wir haben gelernt, dass es sich lohnt nach einer “zweiten Erde” zu suchen. Wir haben gelernt, dass wir mit den jetzt schon existierenden Instrumenten die Möglichkeit haben, die Atmosphären von Supererden zu untersuchen. Und das wir mit den Teleskopen des nächsten Jahrzehnts auch “echte” erdähnliche Planeten (also Planeten deren Größe und Masse der der Erde entspricht) untersuchen können. Und dann vielleicht wirklich einmal konkret feststellen können, ob es eine “zweite Erde” gibt. Die Astronomie bleibt – natürlich! – spannend.
Quellen
- “Water vapour in the atmosphere of the habitable-zone eight Earth-mass planet K2-18 b”, Tsiaras et al, 2019, Nature Astronomy
- Water Vapor on the Habitable-Zone Exoplanet K2-18b”, Benneke et al, 2019, Astronomical Journal
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