Seit 30 Jahren sind Astronomen in der Lage, Planeten im Orbit um andere Sterne nachzuweisen. Mehr als 6000 solcher Exoplaneten wurden schon entdeckt. Viele sind große Gasplaneten, es wurden aber auch schon Planeten gesichtet, die so schwer und zugleich so klein sind, dass ihre Dichte im Bereich der von Gesteinsplaneten mit fester Oberfläche liegt. Einer umkreist den 49 Lichtjahre entfernten roten Zwergstern LHS 1140 im Sternbild Walfisch und heißt daher schlicht „LHS 1140b“. Er hat 5,6 Mal mehr Masse und einen 1,7 Mal größeren Durchmesser als unser Heimatplanet. Es ist eine sogenannte Supererde.
Sie umkreist ihren Stern einmal alle 24,7 Tage. Da es sich bei diesem aber um eine kleine, rote und damit relativ kühle Sonne handelt, liegt der Orbit von LHS 1140b in ihrer sogenannten habitablen Zone: Diese Welt ist also weit genug von seinem Stern entfernt, um eventuell vorhandenem Wasser eine Kondensation zu erlauben, und nahe genug, damit es nicht überall gefroren bleibt. Allerdings erhält der Planet nur 42 Prozent der Strahlungsenergie, welche die Erde von der Sonne bekommt. Sollte es sich um eine nackte Steinkugel handeln, wäre seine Oberfläche nur minus 47 Grad warm.
Abdampfendes Edelgas
Aber LHS 1140b ist keine nackte Steinkugel. Wie ein Team um Collin Cherubim von der Harvard University nun in „Science“ berichtet, hat es bei einem Vorbeiziehen des Planeten vor seinem Stern eine Fahne aus Helium nachgewiesen. Aus Modellrechnungen kann es schließen, dass das Edelgas infolge der Einstrahlung von Röntgen- und ultravioletter Strahlung aus einer Planetenatmosphäre entweicht – der ersten, die somit auf einem habitabel kreisenden Gesteinsplaneten nachgewiesen werden konnte. Der Heliumstrom scheint aber zu schwanken, denn das zuerst im Jahr 2024 entdeckte Signal war bei abermaligen Messungen im vergangenen Jahr wieder verschwunden.
„Unsere Beobachtungen deuten darauf hin, dass die obere Atmosphäre überwiegend aus Helium besteht“, schreiben die Autoren. Trotzdem könnten die unteren, dichteren Schichten der Lufthülle aus anderen Gasen bestehen, zumal aus der Rotation des Muttersterns auf ein Alter des Planetensystems von mindestens 3,1 Milliarden Jahren geschlossen werden kann. „Wir erwarten daher, dass der Heliumverlust die Atmosphäre mit schwereren Elementen anreichert, darunter Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff.“
Gewässer im ewigen Mittag
Solche Gase, etwa Methan, Kohlendioxid oder Wasserdampf, erzeugen einen Treibhauseffekt, der die Temperaturen unschwer über den Gefrierpunkt von Wasser heben dürfte – wenn auch dauerhaft vielleicht nur auf der Tagseite. Denn nach einer 2024 veröffentlichten Untersuchung ist aufgrund der engen Umlaufbahn des Planeten davon auszugehen, dass er gebunden rotiert, also ähnlich wie der Mond der Erde seinem Heimatstern stets dieselbe Seite zuwendet.
Gibt es auf LHS 1140b Wasser, könnte dieses auf der Tagseite, rings um den sogenannten substellaren Punkt, Meere, Seen oder Fließgewässer füllen, während es auf der Nachtseite und bis in die Dämmerungszonen hinein in gefrorener Form vorläge. Aus der Nähe würde LHS 1140b daher möglicherweise aussehen wie ein riesiger Augapfel, mit den angenehm temperierten Zonen als Iris und dem substellaren Punkt als Zentrum der Pupille.
Die Möglichkeit solcher „Eyeball Planets“ wird seit 2013 diskutiert, nachdem die ersten gebunden rotierenden Gesteinsplaneten um rote Zwergsterne gesichtet worden waren, zum Beispiel Proxima b, der Proxima Centauri umkreist, mit nur 4,2 Lichtjahren Entfernung unser nächster stellarer Nachbar.
Ohne den Nachweis von Atmosphären war die Idee natürlich nur eine Spekulation. Zweifelhaft erschien sie insofern, als rote Zwergsterne für gewöhnlich viel aktiver sind als solche, die unserer Sonne ähneln. Häufige Strahlungsausbrüche auf ihren Oberflächen dürften Planeten in nominell habitabler Nähe bald nach ihrer Entstehung die Atmosphären zerschießen. Wer ein Universum bevorzugt, in dem die Entstehung planetarer Biosphären keine extreme Ausnahme ist, kann das nur schade finden, denn rote Zwergsterne stellen 70 Prozent aller Sterne überhaupt.
Insofern ist der Nachweis einer Atmosphäre auf LHS 1140b, die schon drei Milliarden Jahre existiert, ein Grund zur Hoffnung, wobei Collin Cherubim und seine Mitautoren allerdings darauf hinweisen, dass LHS 1140 ein untypisch ruhiger roter Zwerg ist. Immerhin, das Helium in der Atmosphäre seines habitabel kreisenden Planeten wäre nichts, was der Entstehung von Leben dort entgegenstünde. Im Jahr 2020 hat ein Team von Sara Seager vom MIT in Laborversuchen gezeigt, dass zumindest Einzeller der Art Escherichia coli auch in einer Umgebungsluft gedeihen, die zu 100 Prozent aus Wasserstoff oder Helium besteht.
