Forschende liefern Klimakarten erdverwandter Exoplaneten

Ein internationales Forscherteam mit Beteiligung der Universitäten Bern und Genf hat mit dem James Webb Space Telescope erstmals detaillierte Klimakarten zweier erdähnlicher Exoplaneten erstellt. Die Messungen zeigen ein Extremklima – mit bis zu 100 Grad Celsius am Tag und minus 200 Grad in der Nacht.

Quelle: NASA/R. Hurt/T. Pyle

Diese künstlerische Darstellung zeigt «TRAPPIST-1» und seine Planeten, die sich in einer Oberfläche spiegeln. Das Potenzial für Wasser auf den einzelnen Planeten wird durch Frost, Wasserlachen und Dampf dargestellt.

Rote Zwerge, die kühler und kleiner sind als unsere Sonne, machen mehr als 75 Prozent der Sterne in unserer Galaxie aus, heisst es in einer Mitteilung der Universitäten Bern und Genf von Montag. Kleine, erdähnliche Planeten in solchen Systemen seien weit verbreitet. Entsprechend rücke die Frage in den Fokus, wie auf diesen Welten Leben entstehen könnte.

Unter den Planetensystemen um rote Zwerge nimmt das vor rund zehn Jahren entdeckte «TRAPPIST-1» eine zentrale Rolle ein. Im Rahmen einer Beobachtungskampagne mit dem James Webb Space Telescope (JWST) wurden die beiden innersten Planeten «TRAPPIST-1b» und «TRAPPIST-1c» untersucht, die dem Stern am nächsten sind.

«Perfekte Spielwiese» für vergleichende Planetologie

Die Beobachtungen mit dem JWST schliessen gemäss Mitteilung dichte Atmosphären auf beiden Planeten aus und zeigen, dass die rauen Bedingungen in Sternnähe deren Entwicklung massgeblich beeinflussen. «Das TRAPPIST-1-System ist unglaublich. Sieben Planeten, von denen einige eine erdähnliche Masse haben, umkreisen denselben Stern», sagt Emeline Bolmont von der Universität Genf.

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Das TRAPPIST-1-System ist unglaublich. Sieben Planeten, von denen einige eine erdähnliche Masse haben, umkreisen denselben Stern.

Professorin am Département d’Astronomie und Direktorin des Centre for Life in the Universe (CVU) an der Universität Genf.

Professorin am Département d’Astronomie und Direktorin des Centre for Life in the Universe (CVU) an der Universität Genf.

Mindestens drei Planeten befänden sich in der bewohnbaren Zone, in der flüssiges Wasser möglich wäre. Das System sei eine «perfekte Spielwiese» für die vergleichende Planetologie, um die Geheimnisse dieser Art von Planeten zu enträtseln und Hypothesen zu testen, so Bolmont. Die ausserordentliche Professorin am Département d’Astronomie ist Mitautorin der Studie, die in «Nature Astronomy» veröffentlicht wurde.

Energiebombardements und Gezeitenabschaltungen

Rote Zwerge und ihre Planeten bieten jedoch nicht zwingend lebensfreundliche Bedingungen: Sie sind sehr aktiv und «bombardieren» ihre Planeten mit ultravioletter Strahlung und energiereichen Teilchenströmen, was Atmosphären abtragen kann. Zudem umkreisen Planeten in der bewohnbaren Zone ihren Stern sehr nahe. Gezeitenkräfte führen dazu, dass sie sich synchron drehen – ähnlich wie der Mond um die Erde. Dadurch herrscht auf einer Seite ewiger Tag und auf der anderen ewige Nacht.

«Wenn eine Atmosphäre um diese gezeitengebundenen Planeten vorhanden wäre, könnte dies einen Energietransfer zwischen der Tag- und der Nachtseite ermöglichen, was zu gemässigteren Temperaturen führen würde», ergänzt Mitautor Brice-Olivier Demory von der Universität Bern. «Ein zentrales Ziel der Forschungsgemeinschaft ist es daher, herauszufinden, ob diese Planeten eine Atmosphäre haben.»

60 Stunden Infrarot-Beobachtungen

Die JWST-Daten basieren auf rund 60 Stunden kontinuierlicher Infrarot-Beobachtung. Dabei gelang es den Forschenden erstmals, das Klima von erdgrossen Planeten zu kartieren. Die Resultate zeigen extreme Unterschiede: Tagsüber steigen die Temperaturen auf über 200 respektive100 Grad Celsius, während sie nachts unter minus 200 Grad fallen.

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Ein zentrales Ziel der Forschungsgemeinschaft ist es, herausfinden, ob diese Planeten eine Atomsphäre haben.

Brice-Olivier Demory, Professor und Direktor des Center for Space and Habitability (CSH) an der Universität Bern.

Brice-Olivier Demory, Professor und Direktor des Center for Space and Habitability (CSH) an der Universität Bern.

Dies deutet gemäss Mitteilung auf eine fehlende Energieverteilung und damit auf das Fehlen einer Atmosphäre hin. Das Fehlen einer dichten Atmosphäre um die beiden inneren Planeten des «TRAPPIST-1»-Systems untermauere die Theorie, dass intensive Strahlung und energiereiche Auswürfe von Roten Zwergen die Entwicklung von Planeten, die diesen Sternentyp umkreisen, massgeblich beeinflussen.

Planeten-Jagd geht weiter

Doch wie sieht es mit den etwas weiter entfernten Planeten in der bewohnbaren Zone aus? Das JWST beobachtet derzeit den Planeten «e», der sich innerhalb der bewohnbaren Zone des Sterns befindet – dem Bereich, in dem flüssiges Wasser auf der Oberfläche existieren kann.

Das «TRAPPIST-1»-System dient den Forschenden dabei als Massstab. Theoretische Modelle legen nahe, dass äussere Planeten eine Atmosphäre besitzen können, obwohl bei den inneren Planeten keine vorhanden ist – ähnlich wie im Sonnensystem, wo Merkur keine, Venus und Erde jedoch eine Atmosphäre besitzen. «Wir freuen uns darauf, die Erforschung des TRAPPIST-1-Systems fortzusetzen», sagt Bolmont. (mgt/pb)

Zur ausführlichen Mitteilung der Universitäten Bern und Genf: mediarelations.unibe.ch