Auf einem potenziell bewohnbaren Planeten wurde eine Atmosphäre entdeckt
Astronomen haben erstmals überzeugende Beweise für das Vorhandensein einer Atmosphäre bei einem Gesteinsplaneten gefunden, der sich in der bewohnbaren Zone eines anderen Sterns befindet. Dabei handelt es sich um die Supererde LHS 1140 b, die etwa 48 Lichtjahre von uns entfernt liegt.
Die Atmosphäre wurde durch Helium nachgewiesen, das vom Planeten in den Weltraum entweicht. Das Gas konnte beobachtet werden, als LHS 1140 b vor seinem Stern vorbeizog und ein Teil des Sternenlichts durch seine äußere Hülle drang.
Diese Entdeckung macht LHS 1140 b zu einem der interessantesten Ziele für die Suche nach lebensfreundlichen Bedingungen. Allerdings konnten die Wissenschaftler weder Leben noch flüssiges Wasser oder Sauerstoff nachweisen. Die Lage in der bewohnbaren Zone bedeutet lediglich, dass bei einer geeigneten Atmosphäre auf der Oberfläche des Planeten theoretisch flüssiges Wasser existieren könnte.
Details
LHS 1140 b umkreist einen kalten roten Zwerg – einen kleinen und vergleichsweise lichtschwachen Stern. Dadurch erhält der Planet nicht allzu viel Wärme, obwohl er sich deutlich näher an seinem Stern befindet als die Erde an der Sonne. Eine Umlaufbahn durchläuft er in etwa 25 Erdentagen.
Diese Welt unterscheidet sich deutlich von der Erde. Ihr Radius ist etwa 1,7-mal so groß wie der der Erde, ihre Masse etwa 5,6-mal so groß. Solche Objekte werden als Supererden bezeichnet: Sie sind massereicher als unser Planet, aber deutlich kleiner als Eis- und Gasriesen.
Um Hinweise auf eine Atmosphäre zu finden, nutzten die Forscher den Spektrografen WINERED, der am Magellan-Clay-Teleskop in der Sternwarte Las Campanas in Chile installiert ist. Der Spektrograf zerlegt das Licht des Sterns in einzelne Spektralbereiche und ermöglicht es, charakteristische Spuren chemischer Elemente zu erkennen.
Im September 2024 beobachteten die Astronomen ein seltenes Ereignis: Zunächst zog der benachbarte Planet LHS 1140 c vor dem Stern vorbei, und weniger als eine Stunde später begann der Durchgang von LHS 1140 b. Beim ersten Planeten wurden keine Spuren einer Atmosphäre gefunden. Um LHS 1140 b herum registrierte das Gerät hingegen Helium.
Das Signal reichte weit über den sichtbaren Rand des Planeten hinaus. Nach Ansicht der Autoren handelt es sich dabei um Helium aus den oberen Schichten der Atmosphäre, das unter dem Einfluss der Strahlung des Sterns allmählich in den Weltraum entweicht. Simulationen haben gezeigt, dass die obere Atmosphäre von LHS 1140 b reich an Helium und nahezu frei von dem leichteren Wasserstoff sein könnte.
Die Zusammensetzung der unteren, dichteren Schichten ist bislang unbekannt. Dort könnten schwerere Gase vorkommen, die der Planet wesentlich länger zurückhalten kann. Das Vorhandensein von Wasserdampf, Kohlendioxid, Stickstoff oder Sauerstoff muss jedoch noch überprüft werden.
Die Studie weist eine wichtige Einschränkung auf. Bei Wiederholungsbeobachtungen im Jahr 2025 konnte das Heliumsignal nicht mehr nachgewiesen werden. Die Autoren räumen ein, dass sich die Gasleckrate im Laufe der Zeit ändern könnte; für eine endgültige Bestätigung der Atmosphäre sind jedoch neue Beobachtungen erforderlich.
Warum dies wichtig ist
Astronomen haben bereits bei vielen Exoplaneten Atmosphären entdeckt, doch bei den meisten handelt es sich um große und heiße Gasriesen. Ihre massiven Hüllen lassen sich vor dem Hintergrund des Sterns vergleichsweise leicht erkennen.
Bei kleinen Gesteinsplaneten ist die Sache weitaus komplizierter. Besonders schwierig ist die Untersuchung kühler Welten, die sich in der bewohnbaren Zone befinden: Ihre Atmosphären sind dünner, und die für Beobachtungen verfügbaren Signale sind deutlich schwächer.
LHS 1140 b zeigt, dass einige Gesteinsplaneten in der Nähe von Roten Zwergen dennoch über Milliarden von Jahren hinweg eine Gashülle bewahren können. Dies ist von Bedeutung, da junge Rote Zwerge häufig starke Strahlung abgeben, die in der Lage ist, die Atmosphären nahgelegener Planeten zu zerstören.
Das Vorhandensein einer Atmosphäre allein macht einen Planeten noch nicht bewohnbar. Ohne eine Gashülle ist es jedoch schwierig, eine stabile Temperatur und flüssiges Wasser auf der Oberfläche aufrechtzuerhalten. Daher ermöglicht dieser Fund den Übergang zur nächsten Frage: Woraus besteht die Atmosphäre von LHS 1140 b und kann sie ein für Wasser geeignetes Klima aufrechterhalten?
Hintergrund
Der Planet LHS 1140 b wurde im Jahr 2017 entdeckt. Seitdem gilt er als einer der vielversprechendsten nahen Planeten für die Erforschung seiner Atmosphäre. Aus der Perspektive eines Beobachters auf der Erde zieht er vor seinem Stern vorbei, sodass Teleskope das Licht analysieren können, das durch die ihn umgebenden Gase dringt.
Frühere Messungen von Masse und Größe haben gezeigt, dass es sich bei dem Planeten entweder um einen massereichen Gesteinsplaneten oder um einen Planeten mit großen Wasservorkommen handeln könnte. Einige Modelle lassen die Existenz eines globalen Ozeans oder einer eisbedeckten Oberfläche mit einem Bereich offenen Wassers auf der ständig beleuchteten Seite zu.
Die neue Studie bestätigt dieses Szenario zwar nicht, macht dessen Überprüfung jedoch sinnvoller. Sollte der Planet tatsächlich eine dichte Atmosphäre bewahrt haben, könnten zukünftige Beobachtungen darin nach Wasser, Kohlendioxid und anderen Substanzen suchen.
Von besonderem Interesse ist der Vergleich zweier Planeten desselben Systems. Bei dem dem Stern näher gelegenen LHS 1140 c wurde bislang keine Atmosphäre entdeckt, während der massereichere und kühlere LHS 1140 b, gemessen am Heliumsignal, seine Atmosphäre offenbar bewahren konnte. Dies könnte Wissenschaftlern helfen zu verstehen, warum manche Gesteinswelten ihre Gashülle verlieren, während andere sie über Milliarden von Jahren hinweg behalten.
Quelle
Die Studie von Collin Cherubim und seinen Kollegen „Helium escaping from the atmosphere of a nearby rocky exoplanet orbiting in a habitable zone“wurde im Jahr 2026 in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.