Wasserreiche Supererden entdeckt

Um einen 218 Lichtjahre entfernten roten Zwergstern kreisen zwei ungewöhnliche Planeten: Sie sind anderthalbmal so groß wie die Erde, enthalten aber deutlich mehr Wasser. Zu diesem Schluss kommt ein Forscherteam auf Basis umfangreicher Beobachtungen der Himmelskörper. Das Wasser nehme etwa die Hälfte des Volumens der Planeten ein, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature Astronomy“.

Die beiden Planeten wurden bereits 2014 mit dem Weltraumteleskop Kepler aufgespürt. Von der Erde aus gesehen ziehen sie regelmäßig – rund alle 14 beziehungsweise 23 Tage – vor ihrem Stern „Kepler-138“ vorüber und schwächen sein Licht so zeitweise ab. Diese Transits sowie Spektren des Sternenlichts haben Caroline Piaulet von der Universität Montreal in Kanada und ihre Kollegen nun mit den Weltraumteleskopen Hubble und Spitzer, sowie dem Keck-Spiegelteleskop auf Hawaii über einen längeren Zeitraum beobachtet. Außerdem haben sie bestimmt, wie stark die Planeten den Stern aufgrund ihrer Schwerkraft anziehen.

Auf diese Weise gelang es den Astronomen, die beiden Planeten Kepler-138c und d genauer denn je zu vermessen: Ihre Durchmesser entsprechen mit fast 20 000 Kilometern etwa dem 1,5-fachen des Erddurchmessers. Außerdem sind die beiden fernen Planeten etwa 2,1- bzw. 2,3-mal so schwer wie die Erde. Es handelt sich also um Supererden, zu denen man Planeten zählt, die schwerer als die Erde sind – bis zur zehnfachen Erdmasse. Doch genau die Masse ist es, die Piaulet und ihr Team überrascht hat. Denn im Vergleich zu zahlreichen anderen Planeten derselben Größe sind Kepler-138c und d relativ leicht. Bestünden sie wie die Erde nahezu vollständig aus Gestein, wäre eine Masse von 3,4 Erdmassen zu erwarten.

Daraus schlossen die Astronomen, dass ein großer Teil dieser Planeten aus leichteren Materialien als Gestein bestehen muss – und der beste Kandidat dafür sei Wasser. Wasser mache demnach etwa die Hälfte des Volumens von Kepler 138c und d aus, was elf Prozent ihrer Masse entspricht, folgern sie auf der Basis von Modellierungen des Planetenaufbaus weiter. Zwar müssten die Planeten ähnlich wie die Erde einen Kern aus Eisen und einen Mantel aus Gestein besitzen. Doch diesen umgibt wohl eine etwa 2000 Kilometer dicke Schale aus Wasser. Zum Vergleich: Die mittlere Tiefe der Ozeane auf der Erde beträgt lediglich vier Kilometer.

„Es ist das erste Mal, dass wir Planeten beobachten, die wir mit großer Sicherheit als Wasserwelten bezeichnen können“, so Piaulet. Allerdings handele es sich vermutlich nicht um einen tiefen Ozean ähnlich den irdischen Meeren. Denn auf diesen Planeten ist es so heiß, dass Wasser bereits verdampft. Die Wissenschaftler vermuten daher eine dichte Atmosphäre aus Wasserdampf. In den unteren Schichten könnte auch flüssiges Wasser vorliegen, da dort der Druck höher ist. Das Wasser könnte dort sogar überkritisch sein, erläutern die Forscher. In diesem Zustand ist das Wasser zwar so dicht wie eine Flüssigkeit, aber so beweglich wie ein Gas.

Diese beiden Supererden sind allerdings nicht die einzigen Planeten um Kepler-138. Ein weiterer Himmelskörper – etwa halb so groß wie die Erde – umkreist den Stern auf einer engen Umlaufbahn. Darüber hinaus sind Piaulet und ihr Team bei ihren Beobachtungen auf noch einen Planeten gestoßen: Kepler-138e. Er ist etwa halb so schwer wie die Erde und zieht seine Bahnen um den roten Zwergstern weiter außen als die Planeten Kepler-138c und d. Da er jedoch von der Erde aus gesehen nicht vor seinem Stern vorüberzieht, ist noch nicht viel über ihn bekannt. Interessant ist er für die Forscher dennoch: Denn auf ihm ist es angenehme 20 Grad Celsius warm, er könnte also lebensfreundliche Bedingungen bieten.