Das glaube ich nicht
Um den rund 40 Lichtjahre von uns entfernten Roten Zwergstern TRAPPIST-1 kreisen gleich sieben erdähnliche Planeten – einige davon in der habitablen Zone ihres Sterns. Doch nun belegen neue Beobachtungen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop der NASA, dass zumindest der innerste Planet keine Atmosphäre besitzt. Die von der Tagseite des Planeten abgegebene Wärmestrahlung deutet auf Temperaturen von rund 230 Grad und keinerlei Umverteilung der Wärme auf die dauerhaft im Dunkeln liegende Nachtseite hin. Auch spektrale Signaturen von Kohlendioxid und anderen Gasen konnten die Astronomen nicht detektieren. Dies stimmt mit der Annahme überein, dass Planeten im nahen Umfeld eines Roten Zwergs schon in dessen Jugend einer starken Erosion ihrer Atmosphären ausgesetzt sind.
Der Rote Zwergstern TRAPPIST-1 liegt rund 40 Lichtjahre von uns entfernt, ist kaum größer als der Planet Jupiter und relativ kühl und leuchtschwach. Deshalb bot er Astronomen besonders gute Möglichkeiten, nach Exoplaneten in seinem nahen Umfeld zu suchen. Tatsächlich wurden sie fündig: 2017 enthüllten Beobachtungen mit dem NASA-Weltraumteleskop Spitzer und mehreren erdbasierten Teleskopen, dass es um diesen Roten Zwerg gleich sieben erdähnliche Planeten gibt. Diese haben zwischen 75 und 110 Prozent des Erdradius, sind Gesteinsplaneten und mindestens drei von ihnen kreisen in der habitablen Zone ihres Sterns. Weitere Beobachtungen in den Folgejahren sprachen zudem dafür, dass es auf allen sieben Planeten um TRAPPIST-1 Wasser geben könnte – bei den inneren in Form von Wasserdampf, den äußersten als Eis und den potenziell lebensfreundlichen Mittelplaneten in flüssiger Form.
James-Webb-Teleskop beobachtet TRAPPIST-1 b
Offen war jedoch bisher, ob die TRAPPIST-1-Planeten eine Atmosphäre besitzen. „Rote Zwerge durchlaufen eine rund eine Milliarde Jahre lange Phase hoher Leuchtkraft in ihrer Prä-Hauptreihenphase“, erklären Thomas Greene vom Ames Research Center der NASA und seine Kollegen. In dieser Zeit kann die starke Strahlung die Gashüllen um junge Planeten zerstören und ins All hinausreißen. „Energiereiche stellare Strahlenausbrüche und koronare Massenauswürfe solcher Sterne können ebenfalls Moleküle aufspalten und den Verlust der Atmosphäre vorantreiben“, erklären die Forscher. Schon länger vermuten Astronomen daher, dass vor allem innere, nah am Stern kreisende Planeten um Rote Zwerge möglicherweise keine Gashüllen mehr besitzen – es sei denn, es gibt auf ihnen vulkanische oder andere Prozesse, die regelmäßig für Gasnachschub sorgen.
Greene und sein Team haben nun die hochauflösenden Optiken des James-Webb-Weltraumteleskops genutzt, um sich den innersten der sieben Planeten, TRAPPIST-1 b, näher anzuschauen. Er benötigt nur 1,5 Tage für einen Umlauf und erhält gängigen Schätzungen nach viermal so viel Strahlung von seinem Stern wie die Erde von der Sonne. „Die inneren Planeten sind warm genug, um ihre thermale Abstrahlung durch Beobachtungen im mittleren Infrarot zu detektieren“, erklären die Astronomen. Sie nutzten daher das Mid-Infrared Instrument (MIRI) des Webb-Teleskops, um die Abstrahlung des Planeten über sekundäre Eklipsen zu messen. Dabei vergleichen die Forscher das Licht, das von Planet und Stern gemeinsam abgestrahlt wird, mit dem Licht des Sterns, das dieser abstrahlt, während er den Planeten von uns aus gesehen verdeckt.
Keine Wärmeumverteilung durch eine Atmosphäre
Die Auswertungen dieser Daten ergaben, dass die Tagseite von TRAPIST-1 b rund 508 Kelvin heiß sein muss – dies entspricht etwa 235 Grad Celsius. Wie die Astronomen mithilfe von planetarischen Modellrechnungen ermittelten, spricht dies dagegen, dass auf diesem Planeten eine Umverteilung der eingestrahlten Energie stattfindet, wie es bei Anwesenheit einer Atmosphäre der Fall wäre. Denn eine Gashülle nimmt einen Teil dieser Energie auf und leitet sie durch Winde auf die kühle Nachtseite ab. Sie wirkt damit ausgleichend und müsste den Berechnungen zufolge die beobachtete Helligkeitstemperatur auf 300 Kelvin oder weniger reduzieren, wie Greene und seine Kollegen erklären. Doch das ist den Beobachtungen nach nicht der Fall. Die Spektraldaten des MIRI-Instruments konnten zudem frühere potenzielle Hinweise auf eine CO2-haltige Gashülle um TRAPPIST-1 b nicht bestätigen.
„Unsere Beobachtungen stimmen am besten mit einer unbehinderten Albedo und wenig bis keiner Wärme-Umverteilung von der Tagseite zur Nachtseite bei TRAPPIST-1 b überein“, konstatieren die Astronomen. Die wahrscheinlichste Erklärung dafür sei, dass dieser Planet keine nennenswerte Atmosphäre besitze. Damit ähnelt der innerste Planet um den nahen Roten Zwerg TRAPPIST-1 wahrscheinlich eher dem Merkur in unserem Sonnensystem als einem erdähnlichen, lebensfreundlichen Planeten. Gleichzeitig bestätigt das Fehlen einer Gashülle um diesen Exoplaneten die Modelle, die von einem nahezu vollständigen Verlust einer Uratmosphäre bei diesen Planeten ausgehen. Wie es mit der Atmosphäre und potenziellen Lebensfreundlichkeit bei den anderen Planeten um TRAPPIST-1 aussieht, könnten künftige Beobachtungen mit dem James-Webb-Teleskop klären.
Quelle: Thomas Greene (NASA Ames Research Center, Moffett Field) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-023-05951-7
