Wasser auf Trappist-1-Planeten?

Eine neue Studie hat ergeben, dass die sieben Planeten, die den nahe­gelegenen, besonders kühlen Zwerg­stern Trappist-1 umkreisen, alle größten­teils aus Gestein bestehen. Einige von ihnen könnten zudem womög­lich mehr Wasser enthalten als die Erde. Die Dichten der Planeten, die man jetzt viel genauer als früher kennt, deuten darauf hin, dass bei einigen von ihnen bis zu fünf Prozent ihrer Masse in Form von Wasser vorliegen könnten – etwa 250 Mal mehr als die Ozeane der Erde. Die heißeren Planeten, die ihrem Mutterstern am nächsten sind, haben wahr­scheinlich eine dichte, aus Wasser­dampf bestehende Atmo­sphäre, während die weiter entfernten Planeten vermutlich vereiste Ober­flächen haben. In Bezug auf Größe, Dichte und die Menge der Strahlung, die er von seinem Stern erhält, ist der vierte Planet der Erde am ähn­lichsten. Er scheint von den sieben Planeten derjenige mit dem größten Gehalt an Gestein zu sein und hat zudem das Potenzial, Wasser in flüssiger Form zu beher­bergen.

Die Planeten um den licht­schwachen roten Stern Trappist-1, nur vierzig Licht­jahre von der Erde entfernt, wurden 2016 mit dem Trappist-Süd-Teleskop am La-Silla-Obser­vatorium der Eso entdeckt. Im darauf­folgenden Jahr zeigten weitere Beobach­tungen von boden­gebundenen Tele­skopen, darunter das Very Large Tele­scope der Eso und das Spitzer-Weltraum­teleskop der Nasa, dass sich nicht weniger als sieben Planeten im System befinden, von denen jeder in etwa so groß wie die Erde ist. Sie heißen mit zunehmender Entfernung vom Zentral­stern Trappist-1b, c, d, e, f, g und h.

Mittler­weile wurden weitere Beobach­tungen durchgeführt, sowohl von boden­gebundenen Tele­skopen, ein­schließlich der fast fertig­gestellten Speculoos-Anlage am Paranal-Obser­vatorium, als auch vom Spitzer-Weltraum­teleskop und dem Kepler-Weltraum­teleskop. Ein Team von Wissen­schaftlern unter der Leitung von Simon Grimm von der Univer­sität Bern in der Schweiz hat nun sehr komplexe Computer­modellierungs­methoden auf alle verfüg­baren Daten angewandt und die Dichte der Planeten mit einer viel besseren Genauig­keit bestimmt als zuvor. „Die Trappist-1-Planeten sind so dicht beieinander, dass sie sich gegen­seitig gravitativ stören, wordurch sich die Zeiten, zu denen sie vor dem Stern vorbei­ziehen, leicht verschieben. Diese Verschie­bungen hängen von den Massen der Planeten, ihren Entfer­nungen und anderen Bahn­parametern ab. Mit einem Computer­modell simulieren wir die Umlauf­bahnen der Planeten, bis die berech­neten Transit­zeiten mit den beobachteten Werten über­einstimmen. Daraus ergeben sich dann im Umkehr­schluss die Planeten­massen“, sagt Grimm.

„Ziel der Unter­suchung von Exo­planeten ist mittler­weile, die Zusammen­setzung erdähn­licher Planeten in Größe und Temperatur zu ermitteln. Die Entdeckung von Trappist-1 und die Möglich­keiten, die sich Dank der Einrich­tungen der Eso in Chile und des Spitzer-Weltraum­teleskops der Nasa in der Erdum­laufbahn ergeben, haben dies möglich gemacht – und geben uns einen ersten Eindruck davon, aus welchem Material erdgroße Exo­planeten bestehen“, ergänzt Teammitglied Eric Agol. Die Messungen der Dichten in Kombi­nation mit Modellen der Zusammen­setzung der Planeten deuten darauf hin, dass die sieben Trappist-1-Planeten keine unfrucht­baren Gesteins­welten sind. Sie scheinen beträcht­liche Mengen an flüch­tigem Material zu enthalten, wahr­scheinlich Wasser, das in manchen Fällen bis zu fünf Prozent der Masse des Planeten ausmacht. Im Vergleich dazu besteht die Erde nur zu etwa 0,02 Massen­prozent aus Wasser.

„Die Dichte gibt uns zwar wichtige Hinweise auf die Zusammen­setzung der Planeten, sagt aber nichts über die Bewohn­barkeit aus. Unsere Studie ist jedoch ein wichtiger Schritt nach vorn, da wir weiterhin unter­suchen, ob diese Planeten Leben beher­bergen könnten“, erläutert Brice-Olivier Demory von der Univer­sität Bern. Trappist-1b und c, die innersten Planeten, haben wahr­scheinlich einen festen Gesteins­kern und sind von Atmo­sphären umgeben, die viel dicker sind als die der Erde. Trappist-1d ist mit etwa dreißig Prozent der Masse der Erde der leich­teste der Planeten. Die Wissen­schaftler sind sich nicht sicher, ob er eine ausgedehnte Atmo­sphäre, einen Ozean oder eine Eis­schicht beherbergt.

Die Wissen­schaftler waren überrascht, dass Trappist-1e der einzige Planet im System ist, der etwas dichter als die Erde ist, was darauf hindeutet, dass er einen dichteren Eise­nkern haben könnte und nicht unbedingt eine dicke Atmosphäre, Ozean oder Eisschicht haben muss. Noch ist unklar, warum Trappist-1e in seiner Zusammen­setzung so viel gesteins­haltiger zu sein scheint als der Rest der Planeten. In Bezug auf Größe, Dichte und die Menge der Strahlung, die er von seinem Stern erhält, ist er der Planet, der der Erde am ähn­lichsten ist.

Trappist-1f, g und h sind weit genug vom Mutter­stern entfernt, dass Wasser an ihrer Ober­fläche zu Eis gefroren sein könnte. Wenn sie dünne Atmo­sphären haben, enthalten sie wahr­scheinlich keine schweren Moleküle wie Kohlen­dioxid, das wir auf der Erde finden. „Es ist interes­sant, dass die dichtesten Planeten nicht diejenigen sind, die dem Stern am nächsten sind, und dass die kühleren Planeten keine dichten Atmosphären haben können“, sagt Caroline Dorn von der Univer­sität Zürich in der Schweiz.

Das Trappist-1-System wird auch in Zukunft im Mittel­punkt intensiver Unter­suchungen mit vielen boden­gebundenen und weltraum­basierten Einrich­tungen stehen. Astro­nomen arbeiten zusätzlich hart an der Suche nach weiteren Planeten um licht­schwache rote Sterne wie Trappist-1. Michaël Gillon sagt: „Dieses Ergebnis verdeut­licht, warum wir so interes­siert daran sind, nahe­gelegene, besonders kühle Zwerg­sterne auf Transits erdähnlicher Planeten zu untersuchen. Genau das ist das Ziel von Speculoos, unseres neuen Exoplaneten­suchprogramms, das in Kürze am Paranal-Obser­vatorium der Eso in Chile in Betrieb gehen wird."

ESO / JOL