Zwei Superwelten reich an außergewöhnlichem Wasser
Quelle: Universität Montreal, Benoit Gougeon
Mehrere Exoplaneten umkreisen den Stern Kepler-138. Zwei von ihnen sind viel größer als die Erde, aber unglaublich leicht. Der Grund: Sie bestehen größtenteils aus Wasser.
uUm den roten Zwergstern Kepler-138 in 218 Lichtjahren Entfernung kreisen zwei ungewöhnliche Planeten, die eineinhalb Mal so groß sind wie die Erde, aber viel mehr Wasser enthalten. Zu diesem Schluss kam das internationale Forscherteam anhand umfangreicher Beobachtungen von Himmelskörpern. Wasser macht etwa 50 Prozent des Volumens der Planeten aus, was 11 Prozent der Gesamtmasse entspricht, schrieben Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Nature Astronomy.
Beide Planeten wurden 2014 vom Weltraumteleskop Kepler entdeckt. Von der Erde aus gesehen ziehen sie alle 14 bis 23 Tage an ihrem Stern vorbei und dämpfen dadurch sein Licht ein wenig. Anhand dieser Transite können Forscher die Dauer und Größe der Umlaufbahnen der Planeten bestimmen. Um ihre Masse zu bestimmen, müssen Wissenschaftler messen, wie stark die Planeten ihren Zentralstern durch die Gravitation „erschüttern“.
Caroline Piaulet von der Universität Montreal in Kanada und ihre Kollegen beobachten Kepler-138 seit mehreren Jahren mit Hubble, dem Spitzer-Weltraumteleskop und dem Keck Large Reflector Telescope auf Hawaii. Sie waren in der Lage, die Größe und Masse von Kepler-138c und d zu bestimmen, die bisher genauesten. Diese haben jeweils das 1,5-fache des Durchmessers der Erde und werden als Supererden bezeichnet.
Astronomen kennen bereits viele solcher Planeten, große Versionen der felsigen inneren Planeten unseres Sonnensystems. Doch die Masse der Planeten beträgt nur das 2,1- bis 2,3-fache der Erde, was die Forscher überrascht. Wenn beide Planeten wie die Erde fast vollständig felsig wären, müssten sie Massen von etwa 3,4 haben.
Daher müssen die meisten dieser Planeten aus Material bestehen, das leichter als Gestein ist, und der beste Kandidat dafür ist Wasser, folgerten Piaulet und seine Kollegen auf der Grundlage von Modellen der Planetenstruktur. Dementsprechend haben Kepler 138c und d erdähnliche Eisenkerne und Gesteinsmäntel. Aber es ist von einer etwa 2000 km dicken Wasserhülle umgeben. Zum Vergleich: Die durchschnittliche Tiefe der Weltmeere beträgt nur 4 km.
„Zum ersten Mal beobachten wir Planeten, die man als Wasserwelten bezeichnen kann“, sagte Piaulet. Es ist jedoch wahrscheinlich nicht, dass es sich um einen tiefen Ozean handelt, der Landmeeren ähnlich ist. „Die Temperatur auf diesem Planeten liegt über dem Siedepunkt von Wasser“, sagte Piaulet. “Also erwarten wir eine dichte Atmosphäre aus Wasserdampf.” Aber nach unten baut sich der Druck irgendwann so stark auf, dass sich Wasser auch bei diesen Temperaturen verflüssigt. „Wasser kann auch überkritisch sein“, so der Forscher weiter. Das Wasser ist dann dicht wie eine Flüssigkeit, bewegt sich aber wie ein Gas.
Die beiden Supererden sind nicht die einzigen Planeten außerhalb von Kepler-138. Frühe Beobachtungen mit dem Kepler-Teleskop zeigten einen weiteren Himmelskörper, der etwa halb so groß wie die Erde ist und sich in einer sehr engen Umlaufbahn um den Stern befindet. Piaulet und sein Team entdeckten in der Erdumlaufbahn einen weiteren Planeten, der halb so groß ist wie die Erde. Allerdings zieht Kepler-138e von der Erde aus gesehen nicht vor seinem Stern vorbei, sodass seine Größe und Zusammensetzung unbekannt bleiben. Der Planet ist für Forscher interessant, weil er in der habitablen Zone liegt: Die Oberflächentemperatur beträgt angenehme 20 Grad Celsius.
