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Astronomie Zwei ungewöhnlich wasserreiche Super-Erden entdeckt

Wasserreiche Super-Erden
Querschnitt der Erde (links) und des Exoplaneten Kepler-138 d (rechts). Wie die Erde hat dieser Exoplanet ein Inneres, das aus Metallen und Gestein besteht (brauner Teil), aber Kepler-138 d hat auch eine dicke Schicht aus Hochdruckwasser in verschiedenen Formen (Blautöne)
© Benoit Gougeon, Université de Montréal
Um den Stern Kepler-138 kreisen gleich mehrere Exoplaneten. Zwei davon sind deutlich größer als die Erde, aber auffällig leicht. Dafür gibt es eine Erklärung

Um den 218 Lichtjahre entfernten roten Zwergstern Kepler-138 kreisen zwei ungewöhnliche Planeten: Sie sind anderthalbmal so groß wie die Erde, enthalten aber einen erheblich größeren Anteil an Wasser. Zu diesem Schluss kommt ein internationales Forschungsteam auf Basis umfangreicher Beobachtungen der Himmelskörper.

Das Wasser nehme etwa 50 Prozent des Volumens der Planeten ein, das entspreche 11 Prozent der Masse, so die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Fachblatt "Nature Astronomy".

Planeten haben einen Durchmesser von jeweils 1,5 Erddurchmessern

Die beiden Planeten wurden bereits 2014 mit dem Weltraumteleskop Kepler aufgespürt. Von der Erde aus gesehen ziehen sie regelmäßig - alle 14 und alle 23 Tage - vor ihrem Stern vorüber und schwächen dadurch dessen Helligkeit geringfügig ab. Anhand dieser Transits können die Forscher die Umlaufzeit und die Größe der Planeten ermitteln. Um ihre Masse zu bestimmen, müssen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zusätzlich messen, wie stark die Planeten mit ihrer Anziehungskraft an ihrem Zentralstern "rütteln".

Caroline Piaulet von der Universität Montreal in Kanada und ihre Kollegen haben Kepler-138 nun über mehrere Jahre mit den Weltraumteleskopen Hubble und Spitzer sowie mit dem großen Keck-Spiegelteleskop auf Hawaii beobachtet. So gelang ihnen die bislang genaueste Bestimmung der Größen und Massen der beiden Planeten Kepler-138c und d. Mit einem Durchmesser von jeweils 1,5 Erddurchmessern handelt es sich um sogenannte Super-Erden.

2000 Kilometer dicke Wasserschicht

Astronomen kennen bereits zahlreiche derartige Planeten, bei denen es sich um größere Versionen der aus Gestein bestehenden inneren Planeten unseres Sonnensystems handelt. Überraschend für die Forscher ist jedoch die Masse der Planeten, die lediglich das 2,1 und 2,3-fache der Erdmasse beträgt. Bestünden die beiden Planeten wie die Erde nahezu vollständig aus Gestein, wären etwa 3,4 Erdmassen zu erwarten.

Ein großer Teil dieser Planeten muss also aus leichterer Materie als Gestein bestehen – und der beste Kandidat dafür sei, so folgern Piaulet und ihre Kollegen auf der Basis von Modellierungen des Planetenaufbaus, Wasser. Demnach besitzen Kepler 138c und d zwar ähnlich wie die Erde einen Kern aus Eisen und einen Mantel aus Gestein. Doch dieser ist umgeben von einer etwa 2000 Kilometer dicken Schale aus Wasser. Zum Vergleich: Die mittlere Tiefe der Ozeane auf der Erde beträgt lediglich 4 Kilometer.

"Es ist das erste Mal, dass wir Planeten beobachten, die wir mit großer Sicherheit als Wasserwelten bezeichnen können", sagt Piaulet. Allerdings handele es sich vermutlich nicht um einen tiefen Ozean ähnlich den irdischen Meeren. "Die Temperatur auf diesen Planeten liegt über dem Siedepunkt von Wasser", so Piaulet. "Wir erwarten daher eine dichte Atmosphäre aus Wasserdampf." Doch der Druck steige nach unten schließlich so stark an, dass sich das Wasser auch bei diesen Temperaturen verflüssigen könne. "Möglicherweise ist das Wasser aber auch überkritisch", so die Forscherin weiter. Dann wäre das Wasser zwar so dicht wie eine Flüssigkeit, hätte aber dieselbe Beweglichkeit wie ein Gas.

Die beiden Super-Erden sind nicht die einzigen Planeten von Kepler-138. Bereits die ersten Beobachtungen mit dem Kepler-Teleskop zeigten einen weiteren Himmelskörper mit etwa der halben Erdgröße auf einer sehr engen Umlaufbahn um den Stern. Piaulet und ihr Team stießen bei ihren Beobachtungen jetzt auf noch einen Planeten mit etwa der halben Masse der Erde auf einer weiter außen liegenden Umlaufbahn. Da der Planet Kepler-138e jedoch von der Erde aus gesehen nicht vor seinem Stern vorüber zieht, ist seine Größe und damit auch seine Beschaffenheit bislang unbekannt. Für die Forscher interessant ist dieser Planet, weil er sich in der lebensfreundlichen Zone befindet: Seine Oberflächentemperatur liegt bei angenehmen 20 Grad Celsius.

Rainer Kayser, dpa

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