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Astronomie+Physik

Lebensfreundliche Supererde hat Wasser

K2-18b
So könnte die wasserreiche Supererde K2-18b aussehen. (Bild: Alex Boersma)

Auf der Suche nach einer „zweiten Erde“ haben Astronomen schon hunderte von vielversprechenden Exoplaneten aufgespürt. Doch noch nie war es gelungen, Wasser auf einer potenziell lebensfreundlichen Welt nachzuweisen – bis jetzt. Denn nun haben Forscher mithilfe des Hubble-Weltraumteleskops erstmals Wasserdampf in der Atmosphäre einer Supererde in der habitablen Zone ihres Sterns detektiert. Der rund 110 Lichtjahre entfernte Planet K2-18b ist damit der erste erdähnliche Exoplanet mit eindeutig nachgewiesenem Wasser. Ob es allerdings außerirdisches Leben auf dem Planeten mit der achtfachen Erdmasse gibt, bleibt vorerst offen.

Seit der Entdeckung der ersten extrasolaren Planeten Anfang der 1990er Jahre haben Astronomen hunderte solcher Himmelskörper entdeckt, die potenziell lebensfreundliche Bedingungen bieten könnten. Denn sie umkreisen ihre Sterne in der habitablen Zone – dem Bereich, in dem das Klima die Existenz von flüssigem Wasser auf der Planetenoberfläche erlaubt. Gerade in unserer kosmischen Nachbarschaft kreisen etliche solcher „Erdzwillinge“ um Rote Zwergsterne, darunter der uns nächste Exoplanet Proxima Centauri b, aber auch die sieben potenziell lebensfreundlichen des rund 40 Lichtjahre entfernten Sterns Trappist-1. Doch ob es auf diesen Welten tatsächlich Wasser gibt, konnten Forscher bisher nur vermuten. Denn dafür müssen Astronomen die spektrale Signatur von Wasser in dem Licht nachweisen, das vom Stern aus durch die Planetenatmosphäre strahlt, wenn dieser vor dem Stern vorüberzieht. Die Wassermoleküle in der Atmosphäre absorbieren dann spezielle Anteile dieses Lichts und dies wird im Lichtspektrum sichtbar. Bisher jedoch war dies nur bei heißen, relativ großen Exoplaneten gelungen – erdähnliche Planeten in der habitablen Zone sind zu klein und oft zu weit entfernt von ihrem Stern.

Eindeutige Signatur von Wasser

Doch jetzt haben Angelos Tsiaras und sein Team vom University College London genau dies geschafft. Für ihre Studie nahmen sie den 110 Lichtjahre entfernten Planeten K2-18b mit dem Weltraumteleskop Hubble ins Visier. Diese Supererde umkreist ihren Roten Zwergstern in der habitablen Zone, daher ist ihr Klima potenziell lebensfreundlich. Auf seiner engen Umlaufbahn um den Stern erhält der Planet mit der achtfachen Masse der Erde etwa genauso viel Strahlung wie die Erde. Den Forschern gelang es, während acht Transits von K2-18b die Lichtspektren seiner Gashülle einzufangen. Diese analysierten sie dann auf Molekül- und Elementsignaturen hin.

Die Spektralanalysen ergaben: In der Gashülle von K2-18b gibt es sowohl Wasser als auch Wasserstoff und Helium. Die Signaturen für diese Substanzen konnten die Forscher mit hoher Signifikanz belegen. „Dies ist die erste Atmosphäre um eine Supererde in der habitablen Zone, die wir mit einer so großen Verlässlichkeit bestimmt haben“, konstatieren die Astronomen. Damit ist klar, dass es in der Atmosphäre dieses potenziell lebensfreundlichen Exoplaneten Wasserdampf gibt und möglicherweise auch flüssiges Wasser auf der Oberfläche. Wie die Astronomen mithilfe von Modellen ermittelten, könnte der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre von K2-18b entweder zwischen 20 und 50 Prozent liegen oder, im Falle einer Stickstoffbeimischung oder dichten Wolken, zwischen 0,01 und 12,5 Prozent.


(Video: NASA/GSFC)

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Leben auf K2-18b?

Ob es auf diesem potenziell wasserreichen Exoplaneten allerdings Leben gibt, bleibt vorerst unbekannt. Wegen seiner deutlich größeren Masse wäre die Schwerkraft auf dieser Supererde zwar erheblich höher als auf der Erde. Andererseits könnte das Klima wahrscheinlich die Entwicklung von Lebensformen erlauben. Einen Haken gibt es allerdings: Bisher ist unter Astronomen umstritten, ob nahe Umlaufbahnen um Rote Zwerge günstige Bedingungen für die Entwicklung von Leben bieten können. Denn diese Sterne sind oft sehr aktiv und durchleben starke Ausbrüche energiereicher UV- und Röntgen-Strahlung – für ungeschützte Organismen wäre dies tödlich.

Dennoch markiert der Nachweis von Wasser auf der Supererde K2-18b einen Meilenstein in der Suche nach einer zweiten Erde und nach Leben im All. „Dies repräsentiert den bisher größten Schritt zu unserem Ziel, Leben auf anderen Planeten zu finden – und zu beweisen, dass wir nicht allein sind“, sagt Co-Autor Björn Benneke von der Universität von Montreal. Gleichzeitig macht der Nachweis von Wasser die Supererde K2-18 b zu einem vielversprechenden Zielobjekt für Beobachtungen mit künftigen, noch leistungsfähigeren Teleskopen wie dem James Webb Weltraumteleskop der NASA. „K2-18 b bietet uns eine beispiellose Chance, mehr Einblicke in die Zusammensetzung und das Klima von Exoplaneten in der habitablen Zone zu bekommen“, sagen Tsiaras und sein Team.

Quelle: Angelos Tsiaras (University College London) et al., Nature Astronomy, doi: 10.1038/s41550-019-0878-9

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