Wie Forschende erstmals die Oberfläche eines Exoplaneten genauer untersuchen konnten
Wenn wir an fremde Planeten denken, stellen wir uns oft Welten mit blauen Ozeanen, roten Wüsten, Eislandschaften oder vielleicht sogar außerirdischem Leben vor. Doch die meisten Planeten außerhalb unseres Sonnensystems kennen wir nicht wie Mars, Venus oder Jupiter. Wir sehen sie nicht als klare Scheiben am Himmel. Wir können keine Raumsonden hinschicken, keine Fotos aus der Nähe machen und schon gar nicht auf ihnen landen.
Trotzdem lernen Forschende immer mehr über diese fernen Welten. Möglich wird das durch extrem empfindliche Teleskope und durch sehr genaue Messmethoden. Eines der wichtigsten Instrumente dafür ist das James-Webb-Weltraumteleskop, kurz JWST. Es kann Licht auffangen, das für unsere Augen unsichtbar ist. Besonders gut beobachtet es im Infrarotbereich. Das ist wichtig, denn Infrarotstrahlung verrät viel über Wärme, Staub, Moleküle und die Eigenschaften von Himmelskörpern.
Nun ist mit Hilfe des James-Webb-Teleskops ein besonders spannender Schritt gelungen. Forschende haben den Exoplaneten LHS 3844 b, der auch den Namen Kua’kua trägt, genauer untersucht. Das Besondere daran: Es ging nicht nur darum, ob der Planet eine Atmosphäre hat. Es ging auch darum, Hinweise auf seine Oberfläche zu finden.
Das ist ein großer Fortschritt. Denn eine Oberfläche bei einem Planeten außerhalb unseres Sonnensystems zu untersuchen, ist unglaublich schwierig. Trotzdem zeigen die Daten: LHS 3844 b ist sehr wahrscheinlich eine dunkle, heiße, felsige Welt ohne nennenswerte Atmosphäre. Er ähnelt damit eher einem extremen Merkur oder einer stark erhitzten Mondlandschaft als der Erde.
Doch was bedeutet das genau? Und warum ist das wissenschaftlich so wichtig?
Was ist ein Exoplanet?
Ein Exoplanet ist ein Planet, der nicht um unsere Sonne kreist, sondern um einen anderen Stern. Lange Zeit wusste niemand sicher, ob es solche Planeten überhaupt gibt. Heute ist klar: Sie sind keine Ausnahme, sondern wahrscheinlich ganz gewöhnlich. Inzwischen wurden Tausende Exoplaneten entdeckt, und sehr wahrscheinlich gibt es allein in unserer Milchstraße Milliarden davon.
Diese Planeten sind sehr unterschiedlich. Manche sind riesige Gasplaneten wie Jupiter. Andere sind heiße Welten, die ihrem Stern extrem nahekommen. Manche könnten aus Eis bestehen, andere aus Gestein. Einige befinden sich vielleicht sogar in einer Zone, in der flüssiges Wasser möglich wäre. Doch nur weil ein Planet ungefähr erdgroß ist, bedeutet das noch lange nicht, dass er auch erdähnlich ist.
Genau hier wird LHS 3844 b interessant.
LHS 3844 b ist ein felsiger Exoplanet. Er ist etwa 30 Prozent größer als die Erde und wird deshalb oft als Supererde bezeichnet. Dieser Begriff kann leicht in die Irre führen. Eine Supererde ist nicht automatisch eine bessere oder lebensfreundlichere Erde. Gemeint ist nur, dass der Planet größer oder massereicher als die Erde ist, aber noch kein Gasriese wie Neptun oder Jupiter.
Eine Supererde kann also durchaus eine tote, glühend heiße Felswelt sein. Genau das scheint bei LHS 3844 b der Fall zu sein.
Eine Welt in extremer Nähe zu ihrem Stern
LHS 3844 b kreist um einen sogenannten roten Zwergstern. Rote Zwerge sind kleiner, kühler und lichtschwächer als unsere Sonne. Sie gehören zu den häufigsten Sternen in der Milchstraße. Weil sie kleiner sind, lassen sich Planeten um sie herum oft leichter entdecken. Wenn ein Planet vor einem kleinen Stern vorbeizieht, verdeckt er im Verhältnis mehr Sternenlicht als bei einem großen Stern.
Der Planet LHS 3844 b befindet sich aber extrem nah an seinem Stern. Er braucht für eine vollständige Umrundung nur ungefähr elf Stunden. Zum Vergleich: Die Erde benötigt dafür ein Jahr. Merkur, der innerste Planet unseres Sonnensystems, braucht immerhin 88 Tage für eine Umrundung der Sonne.
Ein Jahr auf LHS 3844 b ist also kürzer als ein halber Tag auf der Erde.
Diese extreme Nähe hat Folgen. Der Planet wird stark aufgeheizt. Auf seiner Tagseite können Temperaturen von etwa 725 Grad Celsius herrschen. Das ist viel zu heiß für flüssiges Wasser. Auch Leben, wie wir es kennen, hätte dort keine Chance.
Dazu kommt noch etwas: LHS 3844 b ist wahrscheinlich gebunden rotiert. Das bedeutet, dass er seinem Stern immer dieselbe Seite zeigt. Unser Mond macht etwas Ähnliches mit der Erde. Deshalb sehen wir von der Erde aus fast immer dieselbe Mondseite.
Bei LHS 3844 b bedeutet das: Eine Seite ist ständig dem Stern zugewandt. Dort herrscht ewiger Tag. Die andere Seite liegt dauerhaft im Dunkeln. Dort ist ewige Nacht.
Wenn ein Planet eine dichte Atmosphäre hätte, könnte diese Atmosphäre Wärme von der heißen Tagseite zur kühleren Nachtseite transportieren. Winde würden Energie verteilen. Ohne Atmosphäre passiert das kaum. Dann kann die Tagseite extrem heiß werden, während die Nachtseite viel kälter bleibt.
Warum eine Atmosphäre so wichtig ist
Eine Atmosphäre ist die Gashülle eines Planeten. Auf der Erde besteht sie hauptsächlich aus Stickstoff und Sauerstoff. Außerdem enthält sie Kohlendioxid, Wasserdampf und viele weitere Spurengase. Unsere Atmosphäre schützt uns vor einem Teil der gefährlichen Strahlung aus dem All, sorgt für Wetter und Klima und ermöglicht flüssiges Wasser an der Oberfläche.
Ohne Atmosphäre wäre die Erde eine völlig andere Welt. Tagsüber würde sich die Oberfläche stark aufheizen, nachts schnell auskühlen. Es gäbe keine Wolken, keinen Regen, keinen Wind und keinen blauen Himmel.
Bei LHS 3844 b fanden Forschende keine überzeugenden Hinweise auf eine nennenswerte Atmosphäre. Das ist einer der wichtigsten Punkte der Untersuchung. Es spricht vieles dafür, dass der Planet praktisch ungeschützt im All liegt.
Das macht ihn vergleichbar mit Himmelskörpern wie dem Mond oder Merkur. Auch dort gibt es keine dichte Atmosphäre, die die Oberfläche schützt oder das Klima ausgleicht. Einschläge kleiner Gesteinsbrocken, Strahlung und geladene Teilchen aus dem All können direkt auf die Oberfläche einwirken.
Eine solche Welt ist karg, rau und extrem.
Wie kann man eine fremde Oberfläche überhaupt untersuchen?
Das klingt zunächst fast unmöglich. LHS 3844 b ist rund 49 Lichtjahre von der Erde entfernt. Ein Lichtjahr ist die Strecke, die Licht in einem Jahr zurücklegt. Licht bewegt sich mit etwa 300.000 Kilometern pro Sekunde. Schon ein einziges Lichtjahr ist also eine gewaltige Entfernung.
Trotzdem können Forschende etwas über diesen Planeten erfahren. Sie nutzen dabei nicht Fotos im normalen Sinn, sondern sehr genaue Messungen des Lichts.
LHS 3844 b läuft aus unserer Sicht regelmäßig vor seinem Stern vorbei. Dabei verdeckt er einen winzigen Teil des Sternenlichts. Diesen Vorgang nennt man Transit. Aus solchen Transits kann man unter anderem die Größe eines Planeten bestimmen.
Noch wichtiger für diese Untersuchung ist aber ein anderer Moment: Wenn der Planet hinter seinem Stern verschwindet. Dann fehlt für kurze Zeit das Licht beziehungsweise die Wärmestrahlung, die vorher vom Planeten selbst gekommen ist. Das nennt man eine sekundäre Bedeckung.
Man kann sich das vereinfacht so vorstellen: Stern und Planet senden zusammen eine bestimmte Menge Strahlung zu uns. Verschwindet der Planet hinter dem Stern, kommt nur noch die Strahlung des Sterns bei uns an. Der kleine Unterschied verrät, wie viel Strahlung vom Planeten stammte.
Das ist extrem schwierig zu messen, denn der Stern ist viel heller als der Planet. Aber das James-Webb-Teleskop ist genau für solche feinen Messungen gebaut. Besonders sein Instrument MIRI, das im mittleren Infrarotbereich arbeitet, ist dafür geeignet. In diesem Wellenlängenbereich kann man Wärmestrahlung gut untersuchen.
Licht als Fingerabdruck
Jeder Stoff sendet und absorbiert Licht auf eine bestimmte Weise. Das gilt auch für Gestein, Staub, Gase und heiße Oberflächen. Wenn Forschende das Licht eines Planeten in einzelne Wellenlängen zerlegen, erhalten sie ein Spektrum. Dieses Spektrum ist wie eine Art Fingerabdruck.
Eine Atmosphäre würde bestimmte Spuren hinterlassen. Gase wie Kohlendioxid, Wasserdampf, Methan oder Schwefeldioxid absorbieren Licht bei bestimmten Wellenlängen. Wenn solche Spuren fehlen, spricht das gegen eine dichte Atmosphäre.
Auch Gesteine können sich im Infrarotbereich unterschiedlich verhalten. Eine helle, quarzreiche Oberfläche strahlt anders als dunkles basaltisches Gestein. Basalt ist ein vulkanisches Gestein, das auch auf der Erde sehr häufig vorkommt. Es entsteht, wenn Lava erstarrt. Auf der Erde findet man Basalt zum Beispiel in Vulkanlandschaften und am Meeresboden. Auch auf dem Mond und auf anderen Gesteinskörpern gibt es basaltische Flächen.
Die Daten zu LHS 3844 b sprechen dafür, dass seine Oberfläche dunkel ist und eher basaltähnliche oder olivinreiche Eigenschaften haben könnte. Olivin ist ein Mineral, das in manchen vulkanischen Gesteinen vorkommt und auch im Inneren von Planeten eine Rolle spielt.
Das bedeutet nicht, dass Forschende dort mit Sicherheit einzelne Gesteinsbrocken bestimmen können. Wir haben keine Probe von LHS 3844 b. Niemand hat dort gebohrt oder einen Stein aufgesammelt. Aber die gemessene Wärmestrahlung passt besser zu einer dunklen, felsigen Oberfläche als zu einer hellen, erdähnlichen Kruste oder zu einer dichten Atmosphäre.
Eine Welt wie Merkur?
Der Vergleich mit Merkur liegt nahe. Merkur ist der innerste Planet unseres Sonnensystems. Er ist der Sonne sehr nah, besitzt keine dichte Atmosphäre und hat extreme Temperaturunterschiede. Seine Oberfläche ist von Kratern, alten Lavaebenen und dunklen Materialien geprägt.
LHS 3844 b ist natürlich nicht einfach ein zweiter Merkur. Er kreist um einen anderen Stern, ist größer als die Erde und befindet sich in einem anderen Planetensystem. Aber in einigen Punkten könnte er Merkur ähneln: Er ist heiß, felsig, vermutlich luftlos und stark der Strahlung seines Sterns ausgesetzt.
Auch der Mond ist ein guter Vergleich. Seine Oberfläche wird seit Milliarden Jahren von Mikrometeoriten, Strahlung und Teilchen aus dem All verändert. Diesen Vorgang nennt man Weltraumverwitterung. Dabei kann die oberste Schicht des Bodens dunkler und chemisch verändert werden.
Bei LHS 3844 b könnte etwas Ähnliches passieren. Ohne Atmosphäre trifft die Strahlung des Sterns direkt auf die Oberfläche. Geladene Teilchen, Einschläge und extreme Hitze können das Material verändern. Dadurch kann eine Oberfläche im Laufe der Zeit dunkler werden.
Vielleicht ist LHS 3844 b also nicht nur von Natur aus dunkel, sondern durch lange Weltraumverwitterung zusätzlich verändert worden.
Gibt es dort Vulkane?
Wenn ein felsiger Planet eine dunkle basaltische Oberfläche hat, denkt man schnell an Vulkanismus. Basalt entsteht häufig aus Lava. Könnte LHS 3844 b also ein aktiver Vulkanplanet sein?
Möglich wäre das grundsätzlich. Viele felsige Planeten und Monde zeigen oder zeigten vulkanische Aktivität. Auf der Erde ist Vulkanismus ein wichtiger Teil des geologischen Kreislaufs. Auch der Mond hatte früher große Lavaebenen. Der Jupitermond Io ist sogar der vulkanisch aktivste Körper im Sonnensystem.
Bei LHS 3844 b fanden die Forschenden jedoch keine klaren Hinweise auf bestimmte vulkanische Gase, zum Beispiel Schwefeldioxid. Wenn der Planet heute sehr stark vulkanisch aktiv wäre und dabei Gase freisetzen würde, könnten solche Spuren vielleicht messbar sein.
Das Fehlen solcher Hinweise bedeutet nicht automatisch, dass es dort nie Vulkane gab. Es könnte früher Vulkanismus gegeben haben. Es könnte auch schwache Aktivität geben, die sich mit den aktuellen Daten nicht sicher nachweisen lässt. Aber die derzeitigen Ergebnisse sprechen eher dafür, dass LHS 3844 b keine dichte, vulkanisch gespeiste Atmosphäre besitzt.
Er könnte also eine alte, ausgekühlte oder geologisch ruhige Felswelt sein, deren Oberfläche schon lange ungeschützt im All liegt.
Warum ist diese Entdeckung so bedeutend?
Der wichtigste Punkt ist nicht, dass LHS 3844 b ein lebensfreundlicher Planet wäre. Das ist er sehr wahrscheinlich nicht. Die Entdeckung ist aus einem anderen Grund bedeutend: Sie zeigt, dass wir beginnen, die Oberflächen ferner Gesteinsplaneten zu untersuchen.
Früher konnten Forschende bei Exoplaneten oft nur sagen: Da ist ein Planet. Dann konnten sie seine Umlaufzeit bestimmen. Später kamen Größe und Masse hinzu. Bei manchen Planeten ließen sich Atmosphären untersuchen. Besonders bei großen Gasplaneten ist das etwas leichter, weil sie ausgedehnte Atmosphären besitzen.
Bei kleinen felsigen Planeten ist alles viel schwieriger. Sie sind klein, dunkel und stehen aus unserer Sicht sehr nahe an ihrem Stern. Trotzdem gelingt es nun, erste Hinweise auf ihre Oberflächen zu gewinnen.
Das ist ein neuer Schritt in der Exoplanetenforschung.
Denn die Oberfläche eines Planeten erzählt viel über seine Geschichte. Ist sie hell oder dunkel? Gibt es Hinweise auf Lava? Hat sie eine Atmosphäre verloren? Wird sie von Strahlung verändert? Ist sie geologisch aktiv oder seit langer Zeit erstarrt? All diese Fragen helfen, Planeten besser zu verstehen.
LHS 3844 b ist dabei ein gutes Beispiel dafür, dass felsige Planeten sehr unterschiedlich sein können. Nicht jede Supererde ist eine zweite Erde. Manche sind heiße, luftlose Gesteinswelten. Andere könnten dichte Atmosphären haben. Wieder andere könnten von Ozeanen bedeckt sein oder ganz andere Eigenschaften besitzen.
Je mehr dieser Planeten untersucht werden, desto besser verstehen wir, wie besonders unsere Erde ist.
Was lernen wir über die Erde?
Die Erde ist nicht nur ein Gesteinsplanet. Sie besitzt eine stabile Atmosphäre, flüssiges Wasser, aktive Plattentektonik, ein Magnetfeld und Leben. Diese Kombination ist außergewöhnlich.
Wenn wir Planeten wie LHS 3844 b untersuchen, lernen wir auch, was passieren kann, wenn wichtige Schutzmechanismen fehlen. Ohne Atmosphäre gibt es keinen wirksamen Wärmetransport, keinen Schutz vor Strahlung, keinen Wasserkreislauf und keine lebensfreundlichen Bedingungen an der Oberfläche.
Das macht solche Welten nicht weniger wichtig. Im Gegenteil: Sie sind Vergleichsobjekte. Sie zeigen, welche Entwicklungen felsige Planeten nehmen können. Manche Wege führen zu lebensfreundlichen Bedingungen. Andere führen zu Hitze, Trockenheit und völliger Kargheit.
Die Erde ist also nicht automatisch der Normalfall. Sie ist eine von vielen möglichen Entwicklungen eines felsigen Planeten.
Ein Blick in die Zukunft der Forschung
Das James-Webb-Teleskop wird in den kommenden Jahren weitere Exoplaneten untersuchen. Besonders spannend sind dabei kleine, felsige Planeten um rote Zwergsterne. Einige davon könnten sich in der sogenannten habitablen Zone befinden. Das ist der Bereich um einen Stern, in dem flüssiges Wasser auf einer Planetenoberfläche grundsätzlich möglich sein könnte.
Aber auch dort gilt: Die Lage allein reicht nicht. Ein Planet kann sich in der richtigen Entfernung befinden und trotzdem keine Atmosphäre besitzen. Er kann von Strahlung leergefegt worden sein. Er kann zu heiß, zu kalt oder geologisch ungünstig sein.
Darum sind Messungen wie bei LHS 3844 b so wichtig. Sie helfen, die Methoden zu verbessern. Sie zeigen, was mit heutigen Instrumenten möglich ist, und sie bereiten den Weg für zukünftige Teleskope.
Vielleicht werden wir eines Tages nicht nur erkennen, ob ein Exoplanet eine Atmosphäre hat, sondern auch, ob seine Oberfläche aus Eis, Staub, Lava, Gestein oder vielleicht sogar aus Ozeanen besteht. Noch sind wir davon weit entfernt. Aber der Anfang ist gemacht.
LHS 3844 b ist keine zweite Erde. Er ist wahrscheinlich keine Welt des Lebens. Aber er ist eine Welt des Wissens.
Aus einem winzigen Lichtsignal wird ein Bild im Kopf: ein dunkler, heißer Planet, der seinem roten Stern immer dieselbe Seite zeigt. Auf der Tagseite glüht der Fels. Auf der Nachtseite herrscht ewige Dunkelheit. Keine Wolken ziehen über den Himmel. Kein Regen fällt. Kein Wind verteilt die Hitze. Die Oberfläche liegt offen im All, ungeschützt und still.
Und doch erzählt dieser ferne Planet eine Geschichte.
Er erzählt davon, wie vielfältig Planeten sein können. Er erzählt davon, wie viel wir aus Licht lernen können. Und er zeigt, dass die moderne Astronomie längst nicht mehr nur fremde Welten entdeckt, sondern beginnt, sie wirklich zu verstehen.
Kurz zusammengefasst
LHS 3844 b, auch Kua’kua genannt, ist ein felsiger Exoplanet etwa 49 Lichtjahre von der Erde entfernt. Er ist ungefähr 30 Prozent größer als die Erde und kreist extrem nah um einen roten Zwergstern. Für eine Umrundung braucht er nur etwa elf Stunden. Seine Tagseite ist ungefähr 725 Grad Celsius heiß.
Mit dem James-Webb-Weltraumteleskop konnten Forschende Hinweise auf seine Oberfläche gewinnen. Die Daten sprechen dafür, dass LHS 3844 b keine dichte Atmosphäre besitzt und eine dunkle, basaltähnliche Oberfläche hat. Damit ähnelt er eher einer extrem heißen, größeren Version von Merkur oder einer luftlosen Mondlandschaft als der Erde.
Wichtig ist diese Untersuchung, weil sie zeigt: Wir können inzwischen nicht nur Exoplaneten entdecken, sondern bei manchen felsigen Welten sogar erste Aussagen über ihre Oberfläche treffen. Das ist ein bedeutender Schritt auf dem Weg, fremde Planetensysteme besser zu verstehen.
Quellen und fachliche Grundlage
- Max-Planck-Institut für Astronomie: Bericht zur JWST-Untersuchung von LHS 3844 b / Kua’kua
- Wissenschaftliche Veröffentlichung von Sebastian Zieba, Laura Kreidberg und Team zur Untersuchung der thermischen Emission von LHS 3844 b
- NASA / ESA / CSA: Hintergrundinformationen zum James-Webb-Weltraumteleskop
- NASA: Informationen zum MIRI-Instrument des James-Webb-Weltraumteleskops
- Allgemeine Fachinformationen zur Exoplanetenforschung, Transitmethode, sekundären Bedeckungen und Infrarotastronomie
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