Wasserwelten umkreisen Stern Kepler-138

Spannende Geschichte: Nur 219 Lichtjahre von der Erde entfernt, gibt es das Sonnensystem Kepler-138. Die Sonne, ein Roter Zwerg, wird von mehreren Planeten umkreist, von denen einige Wasserwelten sein könnten. Diese wären mit bis zu 2.000 Kilometer tiefen Ozeanen und einer dichten Wasserdampf-Atmosphäre bedeckt. Es sind zwar Super-Erden, aber nicht wirklich kuschelig und lebensfreundlich.

Der 219 Lichtjahre von der Erde entfernet Rote Zwerg Kepler-138 (KOI-314) im Sternbild Leier wurde von der Kepler-Mission der NASA aif Planeten untersucht. Aus den Messdaten geht hervor, dass der Stern von drei bestätigte Planeten, und wahrscheinlich noch einem vierten Planeten umkreist wird.

Der Planet Kepler-138b hat nur die Größe des Mars und ist der Exoplanet mit der bisher kleinsten Masse und Größe, der bisher entdeckt wurde. Der Planet Kepler-138d zeichnet sich dagegen durch seine geringe Dichte aus. Ursprünglich hielt man ihn für einen Gaszwerg. Neuere Beobachtungen ab 2022 zeigen jedoch, dass es sich sowohl bei ihm als auch bei Planet 138c wahrscheinlich um Ozeanwelten handelt.

Kepler-138c und Kepler-138d besitzen beide einen Radius von etwa 1,5 des Erdradius und gleten als Supererden. Die drei inneren Planeten sind zu nahe an ihrem Stern, um als innerhalb der bewohnbaren Zone zu gelten. Dagegen kreist der wahrscheinlich existierende Planet Kepler-138e nahe dem inneren Rand der bewohnbaren Zone kreist.

Nun haben Wissenschaftler um die Doktorandin Caroline Piaulet von der Universität Montreal neue Forschungsergebnisse zu diesem Sonnensystem bzw. dessen Planeten in Natur Astronomie veröffentlicht. Das Team hat Belege dazu gefunden, dass es sich bei zwei Exoplaneten, die den roten Zwergstern umkreisen, um "Wasserwelten" handelt. Diese Welten, bei denen ein großer Teil des Volumens aus Wasser besteht, unterscheiden sich von allen Planeten, die in unserem Sonnensystem zu finden sind.

Vergliech Erde – Kepler-138d, Quelle: Benoit Gougeon, Université de Montréal

Wasser wurde zwar nicht direkt nachgewiesen, heißt es hier. Aber durch den Vergleich der Größe und Masse der Planeten mit Modellen kamen die Forscher zu dem Schluss, dass ein erheblicher Teil ihres Volumens – bis zur Hälfte – aus Materialien bestehen müsste, die leichter als Gestein, aber schwerer als Wasserstoff oder Helium sind (die den Großteil von Gasriesenplaneten wie Jupiter ausmachen). Das häufigste dieser möglichen Materialien ist Wasser. Die obige Zeichnung vergleicht die Erde (links) und den Planeten Kepler-138d (rechts, der mit viel Wasser, ein 2000 km tiefer Ozean, bedeckt ist und eine Atmosphäre aus Wasserdampf enthält.

"Früher dachten wir, dass Planeten, die etwas größer als die Erde sind, große Kugeln aus Metall und Gestein sind, wie vergrößerte Versionen der Erde, und deshalb nannten wir sie Super-Erden", erklärt Benneke. "Wir haben jetzt aber gezeigt, dass diese beiden Planeten, Kepler-138c und d, ganz anders beschaffen sind: Ein großer Teil ihres gesamten Volumens besteht wahrscheinlich aus Wasser. Es ist das erste Mal, dass wir Planeten beobachten, die mit Sicherheit als Wasserwelten identifiziert werden können, eine Art von Planeten, deren Existenz von Astronomen lange Zeit vermutet wurde."

Mit einem Volumen, das mehr als dreimal so groß ist wie das der Erde, und einer Masse, die doppelt so groß ist, haben die Planeten c und d eine viel geringere Dichte als die Erde. Das ist überraschend, denn die meisten Planeten, die nur wenig größer als die Erde sind und bisher im Detail untersucht wurden, schienen alle felsige Welten wie unsere zu sein.

Am ehesten, so die Forscher, lassen sich die beiden Planeten mit einigen Eismonden im äußeren Sonnensystem vergleichen, die ebenfalls größtenteils aus Wasser bestehen und einen felsigen Kern umgeben. "Stellen Sie sich größere Versionen von Europa oder Enceladus vor, den wasserreichen Monden, die Jupiter und Saturn umkreisen, aber viel näher an ihren Stern gebracht", erklärt Piaulet. "Anstelle einer eisigen Oberfläche würden Kepler-138 c und d große Wasserdampfhüllen beherbergen."

Die Forscher geben zu bedenken, dass die Planeten möglicherweise keine Ozeane wie auf der Erde direkt an der Planetenoberfläche haben. "Die Temperatur in den Atmosphären von Kepler-138c und Kepler-138d liegt wahrscheinlich über dem Siedepunkt von Wasser, und wir erwarten eine dicke, dichte Atmosphäre aus Wasserdampf auf diesen Planeten. Nur unter dieser Dampfatmosphäre könnte es möglicherweise flüssiges Wasser unter hohem Druck geben, oder sogar Wasser in einer anderen Phase, die bei hohem Druck auftritt, ein so genanntes überkritisches Fluid", so Piaulet.

Kürzlich entdeckte ein anderes Team der Universität Montreal einen weiteren Planeten namens TOI-1452 b, der möglicherweise mit einem Ozean aus flüssigem Wasser bedeckt ist, aber das James Webb Weltraumteleskop der NASA wird benötigt, um seine Atmosphäre zu untersuchen und das Vorhandensein des Ozeans zu bestätigen. Deutschsprachige Beiträge finden sich bei Geo, Scinexx und Spiegel Online.