Erstmals Hinweise auf Atmosphäre um nahe potenziell lebensfreundliche Super-Erde entdeckt
Cambridge (USA) – Seit der Entdeckung der ersten Exoplaneten vor rund drei Jahrzehnten haben Astronomen mehr als 6.000 Welten außerhalb unseres Sonnensystems nachgewiesen. Viele davon sind vergleichsweise klein und felsig wie die Erde. Der Nachweis einer Atmosphäre um einen erdartigen Planeten, der seinen Stern zudem noch innerhalb dessen lebensfreundlicher Zone umkreist, stand bislang noch aus. Dies ist nun sogar um einen relativ nahen Felsplaneten gelungen.
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Wie das Team um Collin Cherubim von der Harvard University aktuell im Fachjournal „Science“ (DOI: 10.1126/science.aea9708) berichtet, gelang ihnen nun erstmals der überzeugende Nachweis einer stabilen Atmosphäre um einen solchen, potenziell lebensfreundlichen Gesteinsplaneten.
Nahe Super-Erde mit Atmosphäre in habitabler Zone
Doch nicht nur das. Der Planet „LHS 1140b“ umkreist der gerade einmal 49 Lichtjahre entfernten Stern, „LHS 1140“, innerhalb desse sogenannter habitablen Zone. Diese Zone beschreibt jenen Abstandsbereich um einen Stern, innerhalb derer ein Planet diesen umkreisen muss, damit aufgrund gemäßigter Temperaturen flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche existieren kann.
Der Planet selbst besitzt – das zeigen die neuen Beobachtungen – eine dauerhafte Atmosphäre, aus der Helium entweicht. Sollte sich der Befund bestätigen, wäre dies der bislang stärkste Hinweis darauf, dass der Planet auch Milliarden Jahre nach seiner Entstehung noch über eine dichte Atmosphäre verfügt. Während die Astronomen und Astronominnen noch auf weitere Bestätigungen warten, sei das gemessene Signal eindeutig vorhanden.
Atmosphären – Schlüssel zur Lebensfreundlichkeit
Der Nachweis einer Atmosphäre zählt zu den wichtigsten Voraussetzungen bei der Suche nach potenziell bewohnbaren Exoplaneten. Zwar wurden bereits zahlreiche Gasriesen ähnlich Jupiter oder Saturn entdeckt, doch diese besitzen keine feste Oberfläche und kreisen meist extrem nah um ihre Sterne. Aufgrund ihrer hohen Temperaturen gelten sie – zumindest nach irdischen Maßstäben – als lebensfeindlich.
Sehr viel schwieriger gestaltet sich die Untersuchung kleiner felsiger Planeten. Das Licht ihres Zentralsterns überstrahlt die vergleichsweise winzigen Welten nahezu vollständig. Noch deutlich schwieriger ist es, die schwachen Signaturen dortiger Atmosphären nachzuweisen.
Aus diesem Grund konzentrieren sich Astronomen bevorzugt auf sogenannte M-Zwerge. Hierbei handelt es sich um kleine, lichtschwache Sterne, um die besonders häufig erdgroße Planeten gefunden werden. Als „erdgroß“ wiederum gelten Planeten, wenn sie in etwa die Größe unserer Erde, oder ein Vielfaches davon haben. Liegt dieses bei dem etwa oder mehr als 2-fachen, spricht man von einer Super-Erde. Bei der Suche nach Atmosphären wird üblicherweise untersucht, welche Wellenlängen des Sternenlichts während eines Planetentransits von atmosphärischen Gasen absorbiert werden.
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Bisher verliefen diese Bemühungen jedoch weitgehend erfolglos. So konnten beispielsweise bei den sieben erdgroßen Planeten des bekannten Systems TRAPPIST-1 bislang keine überzeugenden Hinweise auf Atmosphären gefunden werden. Das führte zu der Vermutung, dass junge M-Zwerge durch intensive Strahlung die Atmosphären ihrer Planeten im Laufe der Zeit vollständig abtragen könnten.
Um diese Frage zu klären, stellt das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) derzeit rund 500 Beobachtungsstunden für die Untersuchung kleiner Gesteinsplaneten bereit. Dabei verfolgt das Team einen indirekten Ansatz: Es misst die Temperatur der Tagseite eines Planeten. Ist diese deutlich niedriger als erwartet, deutet dies darauf hin, dass Winde Wärme auf die Nachtseite transportieren – ein Hinweis auf eine vorhandene Atmosphäre. Erste Ergebnisse für den Exoplaneten „GJ 3929b“ sprechen allerdings eher für einen atmosphärenlosen Gesteinsplaneten, schließen eine dünne Atmosphäre jedoch noch nicht vollständig aus.
Computermodelle sagten Heliumhülle voraus
Das Forschungsteam um Collin Cherubim verfolgte nun jedoch einen anderen Ansatz: Ausgangspunkt war ein Computermodell zur langfristigen Entwicklung planetarer Atmosphären.
Demnach steigen die leichtesten Elemente – insbesondere Wasserstoff und Helium – im Laufe der Zeit in die oberen Atmosphärenschichten auf. Dort werden sie durch die Strahlung des Zentralsterns bevorzugt ins All hinausgetragen. Schwerere Gase wie Stickstoff oder Sauerstoff verbleiben dagegen in den tieferen Atmosphärenschichten.
Als Cherubim das Modell auf „LHS 1140b“ anwendete, ergab sich eine überraschende Vorhersage: Die obere Atmosphäre des Planeten sollte von Helium dominiert sein, das kontinuierlich ins All entweicht.
Quelle: C. Cherubim et al., Science 2026
Da „LHS 1140b“ bereits zuvor intensiv untersucht worden war, waren seine Merkmale und Eigenschaften bereits bekannt: Seine mittlere Dichte liegt etwas unter derjenigen der Erde. Das spricht dafür, dass der Planet entweder über eine relativ dichte Atmosphäre verfügt oder große Mengen Wasser beziehungsweise Eis enthält – möglicherweise auch eine Kombination daraus. Frühere Untersuchungen hatten eine wasserstoffreiche Atmosphäre weitgehend ausgeschlossen, lieferten jedoch erste, wenn auch unsichere Hinweise auf schwerere Gase wie Stickstoff.
Beobachtungen bestätigen Vorhersage
Um nach dem vorhergesagten Helium zu suchen, nutzte das Forschungsteam die 6,5-Meter-Magellan-Teleskope in Chile, die kürzlich mit einem hochauflösenden Spektrometer ausgestattet wurden. Dieses Instrument eignet sich besonders gut zum Nachweis einer charakteristischen Heliumlinie im nahen Infrarot.
Während zweier Planetentransits im Jahr 2024 beobachteten die Wissenschaftler sowohl „LHS 1140b“ als auch den kleineren inneren Planeten im System, „LHS 1140c“. Beim Transit von „LHS 1140b“ registrierten sie einen Helligkeitsabfall genau bei jener Wellenlänge, die Helium absorbiert. Beim kleineren Nachbarplaneten trat dieses Signal dagegen nicht auf.
Eine Wiederholung der Messung im folgenden Jahr ergab allerdings kein identisches Signal. Offenbar schwankt die Stärke des Heliumverlustes mit der Zeit.
Die Astronomen geben jedoch derzeit noch zu bedenken, dass auch M-Zwerge selbst gelegentlich Heliumsignaturen in ihrem Sternenlicht erzeugen können. Es wäre jedoch ein außergewöhnlicher Zufall, wenn eine solche Veränderung exakt während des Planetentransits auftreten und ein planetarisches Signal vortäuschen würde. Dennoch seien weitere unabhängige Beobachtungen notwendig, um den Nachweis zweifelsfrei zu bestätigen.
Einer der vielversprechendsten Kandidaten für flüssiges Wasser
„LHS 1140b“ zählt bereits seit Jahren zu den interessantesten bekannten Super-Erden. Sollte sich unter der Heliumschicht tatsächlich eine Atmosphäre aus Stickstoff, Kohlendioxid oder ähnlichen Gasen befinden, könnte auf dem Planeten ein moderater Treibhauseffekt herrschen. Unter solchen Bedingungen wäre sogar ein globaler Ozean aus flüssigem Wasser denkbar.
Sollte sich der Helium-Nachweis bestätigen und weitere Bestandteile der Atmosphäre identifiziert werden, könnte „LHS 1140b“ zu den bislang aussichtsreichsten Kandidaten für eine lebensfreundliche Welt außerhalb unseres Sonnensystems zählen.
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Recherchequelle: Science.org
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