Erste Einblicke in die Zusammensetzung der sieben nahen Erdzwillinge
Mehr Wasser als die Erde: Die sieben Erdzwillinge um den nahen Stern TRAPPIST-1 könnten größtenteils sehr wasserreich sein. Aus neuen Daten über die Dichte der Exoplaneten schließen Astronomen, dass mindestens einige von ihnen bis zu fünf Prozent flüchtige Stoffe enthalten - wahrscheinlich in Form von Wasserdampf, Ozeanen oder Eisschichten. Damit könnten sie sogar bis zu 250 Mal mehr Wasser besitzen als die Erde in ihren Ozeanen.
Sie gehören zu unseren vielversprechendsten Nachbarn: Seit der Entdeckung von gleich sieben erdähnlichen Planeten in nur knapp 40 Lichtjahren Entfernung versuchen Astronomen in aller Welt mehr über das System TRAPPIST-1 herauszufinden. Klar ist bisher, dass der Rote Zwerg fast doppelt so alt ist wie unsere Sonne und dass zumindest einige der Planeten in der habitablen Zone des Sterns kreisen.
Offen blieb jedoch bisher, wie die sieben Exoplaneten zusammengesetzt sind und ob es auf ihnen tatsächlich Wasser – und damit die Voraussetzung für Leben - gibt. Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Hubble lieferten 2017 aber schon erste Hinweise darauf, dass zumindest die äußeren Planeten von TRAPPIST-1 Wasser beherbergen könnten.
Dichte näher eingegrenzt
Jetzt ist zwei Astronomenteams gelungen, mehr über die Atmosphären und die Dichte der TRAPPIST-1-Planeten in Erfahrung zu bringen. Das Team um Julien de Wit vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) analysierte die spektrale Zusammensetzung des Lichts, das beim Transit der Planeten vor ihrem Stern durch ihre Gashüllen fällt. Dadurch konnten sie erste Erkenntnisse über die chemische Zusammensetzung der Atmosphären erhalten.
Das Team um Simon Grimm von der Universität Bern hat winzige zeitliche Verschiebungen in den Transits der sieben Planeten genutzt, um auf ihre gegenseitige Schwerkraftwirkung und so auf ihre Masse und Dichte zu schließen. "Wir wissen dadurch nun mehr über TRAPPIST-1 als über jedes andere Planetensystem mit Ausnahme unseres eigenen", erklärt Koautor Sean Carey vom California Institute of Technology.
Das Team um Simon Grimm von der Universität Bern hat winzige zeitliche Verschiebungen in den Transits der sieben Planeten genutzt, um auf ihre gegenseitige Schwerkraftwirkung und so auf ihre Masse und Dichte zu schließen. "Wir wissen dadurch nun mehr über TRAPPIST-1 als über jedes andere Planetensystem mit Ausnahme unseres eigenen", erklärt Koautor Sean Carey vom California Institute of Technology.
Bis zu fünf Massenprozent Wasser
Das wichtigste Ergebnis: Alle sieben Planeten von TRAPPIST-1 könnten wasserreich sein. Ihre relativ geringe Dichte spricht dafür, dass mindestens fünf von ihnen bis zu fünf Prozent flüchtige Stoffe wie Wasser besitzen. Zum Vergleich: Auf der Erde machen alle Ozeane zusammen nur rund 0,02 Prozent der Erdmasse aus. Einige der TRAPPIST-1-Planeten könnten dagegen 250 Mal mehr Wasser besitzen.
Die beiden innersten Planeten, TRAPPIST-1b und c, haben wahrscheinlich einen festen Gesteinskern und eine dichte Atmosphäre mit viel Wasserdampf, wie die Forscher berichten. TRAPPIST-1b könnte ähnlich wie die Venus eine heiße Atmosphäre mit extrem starkem Treibhaus-Effekt besitzen. Bei Planet c ist der Gesteinskern wahrscheinlich größer und die Gashülle weniger ausgedehnt.
TRAPPIST-1d ist mit etwa 30 Prozent der Erdmasse der leichteste der Planeten. Er muss daher eine dichte, ausgedehnte Hülle aus flüchtigen Substanzen besitzen. Ob diese Hülle jedoch eine wasserdampfreiche Atmosphäre, ein flüssiger Ozean oder aber eine Eisschicht ist, lässt sich noch nicht eindeutig feststellen. Die äußeren Planeten TRAPPIST-1f, g und h sind so weit vom Mutterstern entfernt, dass das Wasser an ihrer Oberfläche wahrscheinlich zu Eis gefroren ist.
TRAPPIST-1e – der erdähnlichste
Am erdähnlichsten aber ist TRAPPIST-1e. Er gleicht unserem Heimatplaneten in Bezug auf Größe, Dichte und die einfallende Strahlungsmenge, wie die Astronomen feststellten. Seine Dichte ist ein wenig größer als die der Erde, was dafür spricht, dass er relativ viel Gestein und möglicherweise sogar einen schweren Eisenkern besitzt. Gleichzeitig ist seine Hülle – ob Atmosphäre, Ozean oder Eis, weniger dick als bei seinen Nachbarn.
Die Entfernung von TRAPPIST-1e vom Zentralstern spricht dafür, dass dieser Erdzwilling auch in Bezug auf die Temperatur durchaus erdähnliche Bedingungen bieten könnte. Das Wasser könnte auf ihm in flüssiger Form vorliegen – eine wichtige Voraussetzung für Leben. Ob das aber tatsächlich der Fall ist, lässt sich allein anhand der bisherigen Daten noch nicht eindeutig feststellen. "Die Dichte gibt uns zwar wichtige Hinweise auf die Zusammensetzung der Planeten, sagt aber nichts über die Bewohnbarkeit aus", betont Koautor Brice-Olivier Demory von der Universität Bern.
"Durch die verbesserten Dichtedaten unserer Studie haben wir nun eine viel bessere Vorstellung von diesen mysteriösen Welten", sagt Carey. Die Astronomen hoffen, spätestens mit dem Start des James Webb-Weltraumteleskops im Jahr 2019 noch mehr über das TRAPPIST-1-System zu erfahren. (Astronomy & Astrophysics, in press)
(NASA/JPL, Universität Bern, ESO, 06.02.2018 - NPO)
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