Wasser auf lebensfreundlicher Supererde

Spektakuläre Entdeckung: Astronomen haben erstmals Wasser auf einem Exoplaneten in der habitablen Zone eines Sterns nachgewiesen. Die schwere Supererde K2-18b umkreist einen Roten Zwerg in rund 110 Lichtjahren Entfernung. Wie Daten des Weltraumteleskops Hubble belegen, enthält die Atmosphäre dieses Planeten Wasserdampf – und auch auf der Oberfläche könnte es Wasser geben. Damit ist K2-18b der erste potenziell lebensfreundliche Exoplanet mit eindeutig nachgewiesenem Wasser.

Auf der Suche nach einer „zweiten Erde“ haben Astronomen schon hunderte von vielversprechenden Supererden und erdähnlichen Planeten aufgespürt. Viele dieser „Erdzwillinge“ kreisen in der habitablen Zone ihres Sterns – dem Bereich, in dem das Klima die Existenz flüssigen Wassers auf der Oberfläche erlaubt. Auch die Planeten um die nahen Sterne Proxima Centauri und TRAPPIST-1 gehören dazu. Doch ob es auf diesen potenziell lebensfreundlichen Planeten tatsachlich Wasser gibt, konnten Forscher bisher nur vermuten.

Noch ist unklar, wie viel Wasser es in der Gashülle von K2-18b gibt – sie könnte aber sogar zu 20 bis 50 Prozent aus Wasserdampf bestehen. © Alex Boersma

Fahndung im Lichtspektrum

Eindeutig nachweisen kann man Wasser um Exoplaneten nur dann, wenn Teleskope die spektrale Signatur der Planetenatmosphäre einfangen können. Diese Signatur entsteht, wenn der Planet vor seiner Sonne vorbeizieht und dabei das Licht des Sterns durch seine Gashülle strahlt. Die Moleküle und Elemente der Atmosphäre absorbieren dann kleine Anteile dieses Lichts und dies wird im Lichtspektrum sichtbar.

Das Problem jedoch: Bisher können Teleskope die Atmosphären-Signaturen von erdähnlichen Planeten in der habitablen Zone nicht auflösen – sie sind zu klein und oft zu weit entfernt von ihrem Stern. Bisher ist der Nachweis atmosphärischer Bestandteile daher nur bei großen, nah an ihrem Stern kreisenden Planeten gelungen. „Nur bei drei heißen Planeten von weniger als drei Erdradien Größe wurden bisher Spektren ermittelt: Gliese 1214b, HD 97658b and 55 Cancri e„, erklären Angelos Tsiaras und sein Team vom University College London.

Potenziell lebensfreundliche Supererde

Jetzt ist es den Astronomen gelungen, erstmals auch die Wassersignatur bei einem erdähnlichen Exoplaneten in der habitablen Zone seines Sterns nachzuweisen. Der Planet K2-18b kreist rund 110 Lichtjahre von uns entfernt um einen Roten Zwergstern im Sternbild Löwe. Diese Supererde ist mit der achtfassen Erdmasse zwar deutlich größer und schwerer als die Erde, ihr Klima ist aber potenziell lebensfreundlich, wie die Forscher berichten. Auf ihrer engen Umlaufbahn um ihren Stern erhält sie etwa genauso viel Strahlung wie die Erde.

Für die Analyse der Atmosphäre beobachteten Tsiaras und sein Team den Planeten während acht Transits mit dem Weltraumteleskop Hubble. Dessen hochauflösenden Optiken fingen dabei acht Lichtspektren ein, die die Forscher dann auf Molekül- und Elementsignaturen analysierten.

Eindeutig Wasserdampf in der Gashülle

Das Ergebnis: In der Gashülle von K2-18b muss es sowohl Wasser als auch Wasserstoff und Helium geben. 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 in der Atmosphäre und möglicherweise auch flüssiges Wasser auf der Oberfläche gibt.

Wie viel Wasser es auf K2-18b gibt, ist allerdings noch unklar. Denn aus den Spektralsignaturen ergeben sich drei mögliche Atmosphären-Zusammensetzungen, wie die Forscher berichten. Die Supererde könnte eine wolkenlose Atmosphäre mit rund 20 bis 50 Prozent Wasserdampf besitzen oder aber eine wolkenreiche Gashülle mit nur 0,01 und 12,5 Prozent. Die dritte Möglichkeit wäre eine wolkenfreie Atmosphäre, in der neben Wasserdampf, Wasserstoff und Helium auch Stickstoff vorkommt – auch dann wäre der Wassergehalt eher unter 12,5 Prozent.

Könnte es Leben auf der Supererde geben?

Ob es auf diesem potenziell wasserreichen Exoplaneten allerdings Leben gibt, bleibt vorerst unbekannt. 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.

Andererseits könnten sich Lebewesen an diese Umgebung anpassen – indem sie beispielsweise teils unter der Erde Leben oder aber tiefer im Ozean. Erst kürzlich postulierten Forscher zudem die Theorie, dass sich außerirdisches Leben zusätzlich durch Biofluoreszenz gegen zu viel Strahlung schützen könnte – ähnlich wie es Korallen und Pflanzen auf der Erde tun. Über diesen Mechanismus könnten „Aliens“ sogar detektierbar sein.

Meilenstein auf der Suche nach Leben

Klar ist aber: Die Supererde K2-18b und der Nachweis von Wasser in ihrer Gashülle markieren 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 Koautor 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. (Nature Astronomy, 2019; doi: 10.1038/s41550-019-0878-9)

Quelle: NASA/ Goddard Space Flight Center, University of Montreal