Die Planeten bestehen zur Hälfte aus Wasser

Um den 218 Lichtjahre entfernten roten Zwergstern Kepler-138 kreisen zwei ungewöhnliche Planeten: Sie sind anderthalbmal so groß wie die Erde, enthalten aber einen erheblich größeren Anteil an Wasser. Zu diesem Schluss kommt ein internationales Forscherteam auf Basis umfangreicher Beobachtungen der Himmelskörper. Das Wasser nehme etwa 50 Prozent des Volumens der Planeten ein, das entspricht 11 Prozent der Masse, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature Astronomy“.

Die beiden Planeten wurden bereits 2014 mit dem Weltraumteleskop Kepler aufgespürt. Von der Erde aus gesehen ziehen sie regelmäßig vor ihrem Stern vorüber und schwächen dadurch dessen Helligkeit geringfügig ab. Anhand dieser „Transits“ können die Forscher die Umlaufzeit und die Größe der Planeten ermitteln. Um ihre Masse zu bestimmen, müssen die Wissenschaftler zusätzlich messen, wie stark die Planeten mit ihrer Anziehungskraft an ihrem Zentralstern „rütteln“.

Caroline Piaulet von der Universität Montreal in Kanada und ihre Kollegen haben Kepler-138 nun über einen längeren Zeitraum mit den Weltraumteleskopen Hubble und Spitzer, sowie dem großen Keck-Spiegelteleskop auf Hawaii beobachtet. So gelang ihnen die bislang genaueste Bestimmung der Größen und Massen der beiden Planeten Kepler-138c und d. Mit einem Durchmesser von jeweils 1,5 Erddurchmessern handelt es sich um „Super-Erden“.

Astronomen kennen bereits zahlreiche derartige Planeten, bei denen es sich um größere Versionen der aus Gestein bestehenden inneren Planeten unseres Sonnensystems handelt. Überraschend für die Forscher ist jedoch die Masse der Planeten, die lediglich das 2,1 bzw. 2,3-fache der Erdmasse beträgt. Bestünden die beiden Planeten wie die Erde nahezu vollständig aus Gestein, wäre eine Masse von 3,4 Erdmassen zu erwarten.

Ein großer Teil dieser Planeten muss also aus leichterer Materie als Gestein bestehen – und der beste Kandidat dafür sei, so folgern Piaulet und ihre Kollegen auf der Basis von Modellierungen des Planetenaufbaus, Wasser. Demnach besitzen Kepler 138c und d zwar ähnlich wie die Erde einen Kern aus Eisen und einen Mantel aus Gestein. Doch dieser ist umgeben von einer etwa 2000 Kilometer dicken Schale aus Wasser. Zum Vergleich: Die mittlere Tiefe der Ozeane auf der Erde beträgt lediglich vier Kilometer.

„Es ist das erste Mal, dass wir Planeten beobachten, die wir mit großer Sicherheit als Wasserwelten bezeichnen können“, sagt Piaulet. Allerdings handele es sich vermutlich nicht um einen tiefen Ozean ähnlich den irdischen Meeren. „Die Temperatur auf diesen Planeten liegt über dem Siedepunkt von Wasser“, so Piaulet. „Wir erwarten daher eine dichte Atmosphäre aus Wasserdampf.“ Doch der Druck steige noch unten schließlich so stark an, dass sich das Wasser auch bei diesen Temperaturen verflüssigen kann. „Möglicherweise ist das Wasser aber auch überkritisch“, so die Forscherin weiter. Dann ist das Wasser zwar so dicht wie eine Flüssigkeit, hat aber dieselbe Viskosität wie ein Gas.

Die beiden Super-Erden sind nicht die einzigen Planeten von Kepler-138. Bereits die ersten Beobachtungen mit dem Kepler-Teleskop zeigten einen weiteren Himmelskörper mit etwa der halben Erdgröße auf einer sehr engen Umlaufbahn um den Stern. Piaulet und ihr Team stießen bei ihren Beobachtungen jetzt auf noch einen Planeten mit etwa der halben Masse der Erde auf einer weiter außen liegenden Umlaufbahn. Da der Planet Kepler-138e jedoch von der Erde aus gesehen nicht vor seinem Stern vorüber zieht, ist seine Größe und damit auch seine Beschaffenheit bislang unbekannt. Für die Forscher interessant ist dieser Planet, weil er sich in der lebensfreundlichen Zone befindet: Seine Oberflächentemperatur liegt bei angenehmen 20 Grad Celsius.

Bildquelle: NASA/JPL-Caltech