Zeitungen auf der ganzen Welt druckten die Entdeckung auf ihre Titelseiten: Astronomen hatten herausgefunden, dass ein roter Zwergstern namens TRAPPIST-1 eine eng verbundene Familie von sieben erdgroßen Planeten beherbergt. Die NASA kündigte das System am 22. Februar 2017 an.
Mit Teleskopen auf der Erde und im Weltraum entdeckten Wissenschaftler eines der ungewöhnlichsten Planetensysteme, die je jenseits unserer Sonne gefunden wurden, und stellten die verlockende Frage: Ist eine dieser Welten bewohnbar – ein geeignetes Zuhause für Leben?
Fünf Jahre später sind die Planeten immer noch rätselhaft. Seit der ersten Ankündigung haben nachfolgende Studien ergeben, dass die Planeten von TRAPPIST-1 felsig sind, dass sie fast doppelt so alt sein könnten wie unser Sonnensystem und dass sie 41 Lichtjahre von der Erde entfernt sind.
Aber ein echter Wendepunkt wird das kürzlich gestartete James-Webb-Weltraumteleskop sein. Webb ist größer und leistungsstärker als alle bisherigen Weltraumteleskope und wird auf den Planeten von TRAPPIST-1 nach Anzeichen von Atmosphären suchen.
„Dass Leute sogar in der Lage sind, die Frage zu stellen, ob ein Planet um einen anderen Stern herum bewohnbar ist – das verwirrt mich einfach“, sagte Sean Carey, Manager des Exoplanet Science Institute am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien. Carey war Teil des Teams, das half, einige der TRAPPIST-1-Planeten zu entdecken, indem es Daten des inzwischen stillgelegten Spitzer-Weltraumteleskops verwendete.
Ein Hauptziel für Webb ist der vierte Planet des Sterns namens TRAPPIST-1e. Es liegt genau in der Mitte dessen, was Wissenschaftler die bewohnbare Zone nennen, die auch als Goldilocks-Zone bekannt ist. Dies ist die Umlaufbahnentfernung von einem Stern, bei der die Erwärmungsmenge richtig ist, um flüssiges Wasser auf der Oberfläche eines Planeten zuzulassen.
Obwohl die Planeten um TRAPPIST-1 dicht gepackt sind, ist der Rote Zwergstern nicht nur viel kühler als unsere Sonne, er hat auch weniger als 10 % seiner Größe. (In der Tat, wenn das gesamte System in unserem eigenen Sonnensystem platziert wäre, würde es in die Umlaufbahn unseres innersten Planeten, Merkur, passen.)
Auf der Suche nach Atmosphären
Die bewohnbare Zone ist nur ein erster Schnitt. Ein potenziell bewohnbarer Planet würde auch eine geeignete Atmosphäre erfordern, und Webb wird insbesondere bei seinen frühen Beobachtungen wahrscheinlich nur einen teilweisen Hinweis darauf erhalten, ob eine Atmosphäre vorhanden ist.
„Was hier auf dem Spiel steht, ist die erste Atmosphärencharakterisierung eines terrestrischen erdgroßen Planeten in der bewohnbaren Zone“, sagte Michaël Gillon, Astronom an der Universität Lüttich in Belgien und Hauptautor der Studie, die die sieben Geschwisterplaneten enthüllte im Jahr 2017.
Messungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop fügten weitere Informationen zur Bewohnbarkeit hinzu. Obwohl Hubble nicht die Macht hat festzustellen, ob die Planeten potenziell bewohnbare Atmosphären besitzen, stellte es fest, dass mindestens drei der Planeten – d, e und f – nicht die aufgeblähten, wasserstoffdominierten Atmosphären von Gasriesen zu haben scheinen , wie Neptun, in unserem Sonnensystem. Es wird angenommen, dass solche Planeten weniger wahrscheinlich Leben unterstützen.
Das lässt die Möglichkeit offen, dass „das Potenzial der Atmosphäre flüssiges Wasser auf der Oberfläche tragen kann“, sagte Nikole Lewis, Planetenwissenschaftlerin an der Cornell University.
Lewis ist Teil eines Wissenschaftsteams, das das Webb-Teleskop verwenden wird, das den Himmel im Infrarotlicht betrachten wird, um auf TRAPPIST-1e, dem mit dem Goldilocks-Barsch in der bewohnbaren Zone, nach Anzeichen einer Atmosphäre zu suchen.
„Die Hoffnung ist, dass wir Kohlendioxid sehen, ein wirklich starkes Merkmal, genau bei den Wellenlängen [detectable by] Webb“, sagte sie. „Sobald wir wissen, wo kleine Dinge über dem Rauschen hervorragen, können wir zurückgehen und in diesem Bereich eine viel höhere Auflösung durchführen.“
Die Größe der TRAPPIST-1-Planeten könnte ebenfalls dazu beitragen, die Argumente für die Bewohnbarkeit zu stärken, obwohl die Forschung alles andere als schlüssig ist.
Sie sind nicht nur im Durchmesser, sondern auch in der Masse mit der Erde vergleichbar. Dank ihrer engen Bündelung um TRAPPIST-1 war es möglich, die Masse der Planeten einzugrenzen: Schulter an Schulter drängen sie sich gegenseitig, was es Wissenschaftlern ermöglicht, ihren wahrscheinlichen Massenbereich aus diesen Gravitationseffekten zu berechnen.
„Wir haben einige wirklich gute Informationen über ihre Größe erhalten – Masse und Radius“, sagte Lewis von Cornell. „Das heißt, wir kennen ihre Dichten.“
Die Dichten deuten darauf hin, dass die Planeten aus Materialien bestehen könnten, die auf terrestrischen Planeten wie der Erde zu finden sind.
Wissenschaftler verwenden Computermodelle der möglichen Bildung und Entwicklung der Planetenatmosphäre, um zu versuchen, ihre mögliche Zusammensetzung einzugrenzen, und diese werden für die TRAPPIST-1-Planeten von entscheidender Bedeutung sein, sagte Lewis.
„Das Tolle am TRAPPIST-System ist, dass es uns erlaubt, diese Modelle so oder so zu verfeinern – ob sie am Ende nur karges Gestein oder potenziell bewohnbare Welten sein werden“, sagte sie.
Für Gillon ist eine weitere großartige Sache des Systems die Reichweite des TRAPPIST-1-Systems. „Ich habe TRAPPIST-1 in einigen künstlerischen Arbeiten gesehen; ich habe es in Musik, Science-Fiction-Romanen und Comics gesehen“, sagte er. „Das haben wir in diesen fünf Jahren wirklich genossen. Es ist, als hätte dieses System ein Eigenleben.“