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Exoplaneten : Das Licht der Sieben

Sicher ein unvergesslicher Urlaub. Und mit aktueller Raketentechnik wäre man schon in ein paar Millionen Jahren da. Bild: NASA-JPL/Caltech

Um den Zwergstern Trappist-1 kreisen gleich mehrere erdgroße Planeten auf wohltemperierten Bahnen. Ob dort etwas leben kann, ist trotzdem fraglich.

          6 Min.

          Solche Selbstironie hätte man der Nasa gar nicht zugetraut. Vergangenen Mittwochabend wurde die Entdeckung eines Systems aus sieben Planeten um den Stern Trappist-1a bekannt gegeben. Nur einen Tag darauf veröffentlichte die amerikanische Raumfahrtagentur ein Plakat, das im Retro-Werbestil zum Planeten-Hopping in 12 Parsec (etwa 40 Lichtjahren) Entfernung einlädt. Tatsächlich dürfte nicht nur Astronomen der spontane Wunsch gepackt haben, sich das aus der Nähe anzusehen.

          Ulf von Rauchhaupt

          Verantwortlich für das Ressort „Wissenschaft“ der Frankfurter Allgemeinen Sonntagszeitung.

          Die sieben, bis auf weiteres tragen sie die Bezeichnungen Trappist-1b bis 1h, kreisen nämlich um einen sogenannten M-Zwerg. Sterne dieses Typs sind kaum halb so heiß wie die Sonne und weniger als ein Tausendstel so hell. Zugleich aber sind die Abstände der neuentdeckten Planeten untereinander viel kleiner als im Sonnensystem, mit spektakulären Folgen für etwaige Besucher ihrer Oberflächen. Nicht nur, dass beispielsweise auf Trappist-1f ein lachsrosa Tagesgestirn dreimal größer über dem Horizont hängt als hienieden unsere gelbe Sonne. „Die anderen Planeten erschienen dort nicht nur als Lichtpunkte wie bei uns Venus oder Mars, sondern eher wie der Mond oder größer“, sagte Michaël Gillon, Erstautor des zugehörigen „Nature“-Artikels am Mittwoch auf der von der Nasa veranstalteten Pressekonferenz.

          Eine Minisonne im Wassermann

          Gillon ist Belgier. Dass in seiner Heimat Zisterzienser von der strengen Observanz – nach einem Heimatkloster ihres Ordens „Trappisten“ genannt – berühmte Biere brauen, hat mit dem Namen des Sterns und seiner Planeten aber allenfalls mittelbar zu tun. Der ist ein Akronym für „Transiting Planets and Planitesimals Small Telescope“, ein mit sechzig Zentimeter Durchmesser recht winziges Spezialfernrohr, das Gillons Gruppe an der Universität Lüttich im chilenischen La Silla am dortigen Observatorium der Europäischen Südsternwarte Eso betreibt.

          „Trappist“ ist eigens dafür ausgelegt, nahe Sterne auf sogenannte Transits zu untersuchen: sich periodisch wiederholende Verdunklungen, wie sie von Planeten verursacht werden, welche in einer Ebene kreisen, in der auch die Sichtlinie zwischen dem Stern und der Erde liegt. Bereits Ende 2015 war Gillons Team bei einer etwa vierzig Lichtjahre entfernten Minisonne im Sternbild Wassermann fündig geworden. Der Stern ist so winzig – sein Durchmesser kaum größer als der des Jupiters –, dass er erst 1999 bei einer Himmelsdurchmusterung gefunden wurde und daraufhin den etwas unhandlichen Namen 2MASS J23062928-0502285 erhalten hatte. Als Gillon und Kollegen nun Transits von zwei Planeten fanden (die mit den Bezeichnungen b und c) sowie Hinweise auf einen dritten (heute h), durften sie ihn nach den astronomischen Nomenklaturregeln in Trappist-1a umbenennen: als Heimat des ersten Planetenfundes ihres Instruments.

          Sieben Erden vor unserer Haustür

          Nach der Veröffentlichung dieser Funde im Mai 2016 verfolgten die Astronomen um Gillon den Stern mit verschiedenen Instrumenten weiter, unter anderem zwanzig Tage lang fast ununterbrochen mit dem Infrarot-Weltraumteleskop „Spitzer“ der Nasa. So kühle Sterne wie Trappist-1a leuchten im Infraroten gut tausendmal heller als im sichtbaren Licht. „Es sind daher ideale Ziele für unser Spitzer-Teleskop“, schwärmte der Nasa-Manager Thomas Zurbuchen auf der Pressekonferenz am Mittwoch. Und tatsächlich zeigten sich zusätzlich zu den bereits bekannten drei nun Transits von gleich vier weiteren Planeten.

          Damit war nicht einfach nur der 201o aufgestellte Rekord des Sterns Kepler-11 gebrochen, in dessen Orbit durch das gleichnamige amerikanische Weltraumteleskop immerhin sechs Exoplaneten nachgewiesen worden waren. Denn während Kepler-11 zweitausend Lichtjahre von der Erde entfernt ist, kreisen die Planeten des Trappist-1-Systems praktisch vor unserer Haustür. Und anders als die durchweg deutlich größeren Planeten um Kepler-11 ähneln die Durchmesser der Welten im Orbit um Trappist-1a alle denen der inneren Planeten des Sonnensystems. Ebenso ihre Massen, die sich für Trappist-1b bis 1g gut bestimmen ließen, weil sich diese Planeten aufgrund ihrer nahen Orbits gegenseitig beeinflussen und damit auch den Takt ihrer Sternverfinsterungen leicht ändern. Damit kennt man auch ihre Dichten, und die liegen in einem Bereich, der vermuten lässt, dass es sich um steinerne Himmelskörper wie Venus, Erde oder Mars handelt und nicht um Gasplaneten.

          Die „habitablen Zonen“ (grün) der Sonne (unten) und die des Sterns Trappist-1 (oben), Letztere um das 25-Fache vergrößert. Auf den Planeten dort wäre flüssiges Wasser – und damit vielleicht Leben – möglich, aber nur unter der Annahme, dass ihre Atmosphären der unserer Erde gleichen. Was Aussagen zur Lebensfreundlichkeit von Planeten ohne Kenntnis der tatsächlichen Lufthülle taugen, kann man am Planeten Mars besichtigen.

          Vor allem aber kreisen drei von ihnen – Trappist-1e, -1f und -1g – in Entfernungen zu ihrem Stern, die groß genug sind, dass möglicherweise vorhandenes Wasser auf ihren Oberflächen nicht verdampft, und klein genug, dass es nicht zu globalen Eispanzern erstarrt. Da flüssiges Wasser eine unbedingt notwendige Voraussetzung für eine aktive Biospäre ist, nennen Astrobiologen diesen Abstandsbereich um einen Stern auch seine „habitable Zone“ und färben ihn in ihren Diagrammen mit einem lebendigen Grün.

          Allerdings sind diese Planeten keineswegs die ersten Kandidaten für „zweite Erden“. Um den nur vier Lichtjahre entfernten roten Zwergstern Proxima Centauri a kreist ebenfalls ein wahrscheinlich steinerner Planet in habitabler Distanz, und mit Kepler-452b wurde, wenn auch in 1400 Lichtjahren Entfernung, bereits ein etwa erdgroßer Planet im habitablen Orbit um einen sonnenähnlichen Stern entdeckt. Auch dürften angesichts der geplanten Suchprogramme in Zukunft so viele weitere Entdeckungen folgen, dass selbst die Nasa bald nicht mehr zu allen eine Pressekonferenz organisieren wird. Und die meisten „habitablen Erden“ werden um rote Zwerge wie Proxima Centauri a oder Trappist-1a gefunden werden, denn vor kleinen kühlen Sternen sind die Planetenschatten leichter zu detektieren als vor großen hellen. Außerdem gibt es davon viel mehr: In unserer Ecke der Milchstraße sind 75 Prozent aller Sterne rote Zwerge. Und für jedes Planetensystem, das mit der Transitmethode gefunden wird, gibt es zwanzig bis hundert weitere, die den Astronomen entgehen, weil sie dort in einem zu großen Winkel auf die Bahnebene schauen, so dass die Planeten nicht mehr die Scheibe des Sterns streifen. Es ist also damit zu rechnen, dass erdgroße Planeten in wohltemperierten Orbits nichts Besonderes sind. Aber bedeutet das auch eine entsprechende Vielfalt möglicher erdähnlicher Biosphären? Leider gar nicht.

          Sternwinde blasen Atmosphären weg

          Erstens rotieren habitabel kreisende Planeten um rote Zwerge wahrscheinlich immer gebunden, das bedeutet, wie der Mond der Erde weisen sie eine ihrer Hemisphären stets dem Stern zu, während auf der anderen ewige Nacht herrscht. Das dürfte etwaige biologische Aktivitäten auf die Dämmerungszone zwischen beiden beschränken. Zweitens, und das ist viel ernster, setzen Berechnungen habitabler Zonen, wie auch Gillon und Kollegen sie in ihrer „Nature“-Studie anstellen, voraus, dass die Planeten eine ungefähr erdähnliche Atmosphäre besitzen. Das aber ist alles andere als wahrscheinlich. Proxima Centauri b etwa ist seinem Stern so nah, dass er einem 2000fach höheren Ansturm aus geladenen Teilchen ausgesetzt ist als die Erde dem Sonnenwind. Das haben Astrophysiker des Harvard-Smithonian Center kürzlich ausgerechnet. Dieser Sternenwind dürfte ihm eine vielleicht einmal vorhandene Atmosphäre längst weggeblasen haben – und damit auch alles Oberflächenwasser, es sei denn, der Planet verfügte über ein extrem starkes Magnetfeld.

          Aber auch Magnetfelder schützen nicht vor lebensfeindlichem UV- und Röntgenlicht. Und genau dieses strahlen rote Zwerge in höherem Maße ab als Sterne vom Sonnentyp. Für das Trappist-1-System hat dies Michaël Gillon selbst zusammen mit einigen Kollegen im vergangenen Jahr in einem Beitrag für die „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“ aus Messungen des Röntgenteleskops XMM Newton bestimmt. „Die Bestrahlung der Planeten mit Röntgen und UV ist um ein Vielfaches stärker als die er heutigen Erde“, lautet ihr Fazit.

          Die Strahlung wäre selbst für „Conan the Bacterium“ zu viel

          Obendrein neigen rote Zwerge verstärkt zu Strahlungsausbrüchen, sogenannten Flares. Auf der Oberfläche von Proxima Centauri etwa kommt es alle zehn bis dreißig Stunden dazu. Bei Trappist-1a ist die Frequenz von Flares, die mit Anstiegen biologisch wirksamer UV-Strahlung einhergehen, bislang unbekannt. Dennoch haben Jack O’Malley-James und Lisa Kaltenegger von der Cornell University in einer unlängst zur Veröffentlichung eingereichten Arbeit untersucht, welchen Strahlenstress bereits ein ruhig leuchtender Trappist-1a etwaigen Organismen auf seinen nominell habitablen Welten bereiten würde. Wie sich zeigt, sind Röntgen- und UV-Pegel so hoch, dass es selbst der strahlenresistentesten irdischen Bazille Deinococcus radiodurans (ob seiner Widerstandskraft von Forschern auch „Conan the Bacterium“ genannt) zu viel wäre – es sei denn, die Planeten besäßen dichte sauerstoffhaltige Atmosphären, die Ozonschichten ausbilden können. Aber für eine solche müsste sich Leben erst einmal gebildet haben.

          Das Dumme ist nur: Kurz nach ihrer Entstehung scheinen M-Zwerge zu besonders aggressiver Flare-Tätigkeit zu neigen. Daher müssen die Astrobiologen befürchten, dass junge Zwergsterne die Atmosphären ihrer Planeten schnell zersetzen, so dass sich Leben darauf auch später, wenn der Zwerg sich beruhigt hat, nicht mehr möglich ist. Hoffnung machen den Forschern allerdings die beobachteten Bahnkonfigurationen im Trappist-1-System, die darauf hindeuten, dass sich die Planeten zunächst viel weiter außen befanden und erst später eng an den Stern herangerückt sind. Bei günstigem Timing könnten sie sich also dichte, möglicherweise lebensfreundliche Atmosphären bewahrt haben.

          Fest steht jedoch, dass ohne genauere Daten über die Atmosphären alles Reden über habitable Zonen keinen rechten Bezug zur Frage nach der Lebensfreundlichkeit hat. „Wir müssen warten, bis wir die Atmosphären sehen, bevor wir sagen können, wie warm oder wie kalt es auf den Planeten wirklich ist“, sagt Sarah Seager vom Massachusetts Institute of Technology. Dies sei aber der eigentliche Grund, warum Trappist-1 eine wichtige Entdeckung ist: Aufgrund der geringen Distanz werden künftige Teleskope, allen voran das gigantische James-Webb-Weltraumteleskop, das die Nasa 2018 starten will, in der Lage sein, etwas über die Atmosphären dort herauszufinden. Die Chance besteht, dass sie mehr Glück haben als die Forscher des SETI-Instituts, von denen Gillon weiß, dass sie ihre Antennen ebenfalls schon auf den Stern Trappist-1a ausgerichtet hatten, um möglicherweise funkende Aliens zu belauschen. „Sie haben aber nichts gefunden.“

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