Überraschende Ergebnisse deuten darauf hin, dass „Wasserwelten“ häufiger vorkommen, als wir dachten

Wasser ist das einzige, was alles Leben auf der Erde braucht, und der Kreislauf von Regen über Fluss zu Ozean zu Regen ist ein wesentlicher Bestandteil dessen, was das Klima unseres Planeten stabil und gastfreundlich hält. Wenn Wissenschaftler darüber sprechen, wo in der Galaxie nach Lebenszeichen gesucht werden kann, stehen Planeten mit Wasser immer ganz oben auf der Liste.

Eine neue Studie veröffentlicht in Wissenschaft deutet darauf hin, dass viel mehr Planeten große Wassermengen haben könnten als bisher angenommen – so viel wie halb Wasser und halb Gestein. Der Fang? All dieses Wasser ist wahrscheinlich in den Felsen eingebettet, anstatt als Ozeane oder Flüsse an der Oberfläche zu fließen.

„Es war eine Überraschung, Beweise dafür zu sehen, dass so viele Wasserwelten den häufigsten Sterntyp in der Galaxie umkreisen“, sagte Rafael Luque, Erstautor der neuen Veröffentlichung und Postdoktorand an der University of Chicago. „Das hat enorme Konsequenzen für die Suche nach bewohnbaren Planeten.“

Planetarische Bevölkerungsmuster

Dank besserer Teleskopinstrumente finden Wissenschaftler Hinweise auf immer mehr Planeten in fernen Sonnensystemen. Eine größere Stichprobengröße hilft Wissenschaftlern, demografische Muster zu erkennen – ähnlich wie die Betrachtung der Bevölkerung einer ganzen Stadt Trends aufzeigen kann, die auf individueller Ebene schwer zu erkennen sind.

Luque entschied sich zusammen mit dem Co-Autor Enric Pallé vom Institut für Astrophysik der Kanarischen Inseln und der Universität von La Laguna, einen Blick auf die Bevölkerungsebene einer Gruppe von Planeten zu werfen, die um einen Sterntyp namens M- Zwerg. Diese Sterne sind die häufigsten Sterne, die wir in der Galaxie um uns herum sehen, und Wissenschaftler haben bisher Dutzende von Planeten um sie herum katalogisiert.

Aber weil Sterne so viel heller sind als ihre Planeten, können wir die eigentlichen Planeten selbst nicht sehen. Stattdessen erkennen Wissenschaftler schwache Anzeichen der Auswirkungen der Planeten auf ihre Sterne – den Schatten, der entsteht, wenn ein Planet vor seinem Stern kreuzt, oder das winzige Ziehen an der Bewegung eines Sterns, wenn ein Planet umkreist. Das bedeutet, dass viele Fragen offen bleiben, wie diese Planeten tatsächlich aussehen.

„Die beiden unterschiedlichen Arten, Planeten zu entdecken, liefern jeweils unterschiedliche Informationen“, sagte Pallé. Indem sie den Schatten einfangen, der entsteht, wenn ein Planet vor seinem Stern vorbeizieht, können Wissenschaftler den Durchmesser des Planeten bestimmen. Durch Messen der winzigen Gravitationskraft, die ein Planet auf einen Stern ausübt, können Wissenschaftler seine Masse bestimmen.

Durch die Kombination der beiden Messungen können Wissenschaftler ein Gefühl für die Zusammensetzung des Planeten bekommen. Vielleicht ist es ein großer, aber luftiger Planet, der hauptsächlich aus Gas besteht, wie Jupiter, oder ein kleiner, dichter, felsiger Planet wie die Erde.

Diese Analysen wurden für einzelne Planeten durchgeführt, viel seltener jedoch für die gesamte bekannte Population solcher Planeten in der Milchstraße. Als die Wissenschaftler die Zahlen betrachteten – insgesamt 43 Planeten –, sahen sie ein überraschendes Bild.

Die Dichte eines großen Prozentsatzes der Planeten deutete darauf hin, dass sie zu leicht waren, um aus reinem Gestein bestehen zu können. Stattdessen sind diese Planeten wahrscheinlich so etwas wie halb Gestein und halb Wasser oder ein anderes leichteres Molekül. Stellen Sie sich den Unterschied zwischen dem Aufheben einer Bowlingkugel und eines Fußballs vor: Sie sind ungefähr gleich groß, aber einer besteht aus viel leichterem Material.

Auf der Suche nach Wasserwelten

Es mag verlockend sein, sich diese Planeten wie etwas aus Kevin Costners Waterworld vorzustellen: vollständig von tiefen Ozeanen bedeckt. Diese Planeten sind jedoch so nahe an ihren Sonnen, dass jegliches Wasser auf der Oberfläche in einer überkritischen Gasphase existieren würde, was ihren Radius vergrößern würde. „Aber das sehen wir in den Proben nicht“, erklärt Luque. „Das deutet darauf hin, dass das Wasser nicht in Form eines Oberflächenozeans vorliegt.“

Stattdessen könnte das Wasser mit dem Gestein vermischt oder in Taschen unter der Oberfläche vorhanden sein. Diese Bedingungen wären ähnlich wie auf dem Jupitermond Europa, von dem angenommen wird, dass er flüssiges Wasser im Untergrund hat.

„Ich war schockiert, als ich diese Analyse sah – ich und viele Leute im Feld gingen davon aus, dass dies alles trockene, felsige Planeten waren“, sagte der Exoplaneten-Wissenschaftler von UChicago, Jacob Bean, dessen Gruppe Luque beigetreten ist, um weitere Analysen durchzuführen.

Der Befund passt zu einer Theorie der Exoplanetenbildung, die in den letzten Jahren in Ungnade gefallen war, die darauf hindeutet, dass sich viele Planeten weiter draußen in ihren Sonnensystemen bilden und im Laufe der Zeit nach innen wandern. Stellen Sie sich Gesteins- und Eisklumpen vor, die sich unter den kalten Bedingungen weit entfernt von einem Stern zusammenschließen und dann langsam von der Schwerkraft des Sterns nach innen gezogen werden.

Obwohl die Beweise überzeugend sind, sagte Bean, dass er und die anderen Wissenschaftler immer noch gerne einen „rauchenden Beweis“ dafür sehen würden, dass einer dieser Planeten eine Wasserwelt ist. Das hoffen die Wissenschaftler mit JWST, dem neu gestarteten Weltraumteleskop der NASA, das der Nachfolger von Hubble ist.