Magnetfelder auf Exoplaneten | FAZ

Für die Bewohnbarkeit eines Planeten spielt sein Magnetfeld eine große Rolle – es schützt die Atmosphäre vor kosmischer Strahlung. Auch unsere Erde hätte sich ohne oder mit einem schwächeren Magnetfeld gänzlich anders entwickelt. In „Nature Astronomy“ berichtet nun ein Team um Julia Seidel und Bibiana Prinoth vom „European Southern Observatory“, wie sie erstmals die Stärke von Magnetfeldern verschiedener Exoplaneten abgeschätzt haben – ein großer Schritt zur Entdeckung bewohnbarer Welten.

Ausgangspunkt war ein unerwartetes Wetterphänomen: Bei der Untersuchung sieben sogenannter heißer Jupiter maßen die Forscher umso schwächere Stürme, je heißer die jeweiligen Atmosphären waren. „Das ist komplett kontraintuitiv“, sagt Seidel dazu, „man würde vielmehr erwarten, dass die Windgeschwindigkeit durch die zusätzliche Energie zunimmt.“ Eine Erklärung brachte Zweiautor Vivien Parmentier: Die heißeren Atmosphären sind stärker ionisiert; das bedeutet, es gibt dort mehr freie Ladungsträger, wie Ionen oder Elektronen. Die Wechselwirkung der geladenen Teilchen mit dem Magnetfeld wirkt der atmosphärischen Strömung entgegen und bremst dadurch die Winde.

Tatsächlich beschreibt dieses Modell die Windgeschwindigkeiten von bis zu 25.000 Kilometern pro Stunde auf den sieben Planeten gut – und erlaubt damit Rückschlüsse auf die Stärke der Magnetfelder. Diese liegen in derselben Größenordnung wie die im Sonnensystem. Die Ergebnisse liefern neue Hinweise darauf, wie Magnetfelder atmosphärische Strömungen beeinflussen. Zugleich könnten die heißen Jupiter zu einem wichtigen Referenzpunkt für Modelle werden, mit denen Astronomen die Magnetfelder ganz unterschiedlicher Exoplaneten abschätzen – von Gasriesen bis hin zu erdähnlichen Welten.

Doch wie lassen sich Windgeschwindigkeiten auf den fernen Welten messen? Der Schlüssel liegt im Spektrum – also der Verteilung des Lichts auf seine verschiedenen Wellenlängen. Durchqueren Photonen des Muttersterns auf ihrem Weg zur Erde die Atmosphäre eines Planeten, verraten sich dortige Winde durch Verschiebungen im Spektrum: Wehen die Winde auf die Erde zu, verschieben sich die Spektrallinien ins Blaue; wehen sie von ihr weg, ins Rote. Das ist der Dopplereffekt, der auch dafür sorgt, dass sich der Ton eines vorbeifahrenden Krankenwagens ändert.

Im Fokus der Exoplanetenforschung sind heute zumeist sogenannte heiße Jupiter aus der galaktischen Nachbarschaft. Das sind Gasriesen, die besonders schnell und in geringem Abstand um ihren Mutterstern kreisen. Der Abstand zu ihrem Stern ist typischerweise etwa 20-mal kleiner als der zwischen Merkur und der Sonne. Diese Nähe zu ihrem Stern heizt diese Welten besonders auf. Für Astronomen sind solche Gasriesen dankbare Forschungsobjekte: „Wir können ja keine Experimente im Labor machen,“ sagt Prinoth. Und die heißen Jupiter lassen sich leichter beobachten als kleinere oder weiter von ihrem Stern entfernte Exoplaneten. Neben Gasriesen gibt es auch Supererden oder Mini-Neptune – Planetentypen, die im Sonnensystem gar nicht vorkommen.

Langfristig will man erdähnliche Planeten untersuchen, auf denen sich potentiell Leben entwickeln kann. Doch gerade für die eignet sich die neue Methode aufgrund ihrer dünnen Atmosphäre nicht. Leistungsfähigere Teleskope sind erforderlich. In der Atacama-Wüste baut man aktuell das „Extremely Large Telescope“ mit einem 39 Meter Durchmesser Hauptspiegel. Auch soll noch dieses Jahr das „Nancy Grace Roman Space Telescope“ in den Orbit gebracht werden und irgendwann in den 2040er Jahren das geplante „Habitable World Observatory“.

Dabei geht es nicht zuletzt darum, erdähnliche Planeten auf ihre Lebensfreundlichkeit zu prüfen. Ein bedeutender Hinweis darauf wären Biomarker – also Moleküle, die auf biologische Aktivitäten hinweisen können. Mit Beweisen für üppige Biosphären rechnet Prinoth dabei aber nicht: „Wenn wir das erste Mal Leben finden, werden es wahrscheinlich irgendwelche Algen im Wasser sein.“ Julia Seidel schätzt die Chancen auf außerirdisches Leben dennoch gut ein: „Ich wäre erstaunt, sollte sich herausstellen, dass die Erde der einzige Planet ist, auf dem mal ein Fisch an Land gegangen ist.“