Zweite Erde? Erstmals Atmosphäre bei felsigem Exoplaneten nachgewiesen
Astronomen weisen erstmals Helium in der Atmosphäre eines felsigen Planeten in der bewohnbaren Zone nach. Was der Fund über LHS 1140 b verrät.
In dieser künstlerischen Darstellung ist der Exoplanet LHS 1140 b im Vordergrund zu sehen, umgeben von einer heliumreichen Atmosphäre. Ein weiterer, in der Nähe befindlicher Gesteinsplanet umkreist in der Ferne denselben kühlen Roten Zwergstern.
Foto: Melissa Weiss/CfA
Die Suche nach einer zweiten Erde ist einen entscheidenden Schritt vorangekommen. Erstmals haben Astronomen bei einem felsigen Exoplaneten in der bewohnbaren Zone eine Atmosphäre nachgewiesen. Im Mittelpunkt steht LHS 1140 b, eine rund 49 Lichtjahre entfernte Welt. Der Fund macht den Planeten zu einem der wichtigsten Ziele für die weitere Suche nach potenziell lebensfreundlichen Bedingungen außerhalb unseres Sonnensystems.
Das internationale Forschungsteam unter der Leitung von Collin Cherubim von der Harvard University hat seine Ergebnisse im Fachjournal Science veröffentlicht. Der konkrete Nachweis gelang über Helium, das aus der oberen Atmosphäre des Planeten in den Weltraum entweicht.
Inhaltsverzeichnis
- Zwischen Supererde und Wasserwelt: Das Profil von LHS 1140 b
- Die Messmethode: Wie man eine Atmosphäre in 49 Lichtjahren Distanz „sieht“
- Hydrodynamischer Ausfluss: Warum der Planet Gas verliert
- Das Rätsel der zweiten Messung: Schwankende Signalstärke
- Wie geht es weiter? Geplante Messungen mit dem James-Webb-Teleskop
Zwischen Supererde und Wasserwelt: Das Profil von LHS 1140 b
LHS 1140 b umkreist einen kühlen Roten Zwerg im Sternbild Walfisch. Ein Blick auf die physikalischen Parameter zeigt die Dimensionen des Objekts:
- Größe: 1,73-facher Erdradius
- Masse: rund 5,6 Erdmassen
- Umlaufzeit: knapp 24,7 Tage
- Energie: Erhält etwa 42 % der Strahlungsenergie, die die Erde von der Sonne empfängt
Die gemessene Dichte spricht für einen überwiegend felsigen Kern. Allerdings zeigen die astrophysikalischen Modelle, dass der Planet zusätzlich eine Komponente mit geringerer Dichte aufweisen muss – infrage kommen eine ausgedehnte Gashülle oder ein nennenswerter Wasseranteil.
Wichtige Einschränkung für die Praxis: Die Einordnung in die „bewohnbare Zone“ ist kein Beleg für lebensfreundliche Bedingungen. Sie definiert lediglich den Abstandsbereich um einen Stern, in dem Wasser bei geeigneter Atmosphäre und passendem Druck flüssig sein könnte. Die theoretische Gleichgewichtstemperatur liegt bei rund −47 °C, atmosphärische Treibhauseffekte oder die tatsächliche Wärmeverteilung sind hierbei noch nicht berücksichtigt.
Die Messmethode: Wie man eine Atmosphäre in 49 Lichtjahren Distanz „sieht“
Für ihre Messungen nutzten die Forschenden den WINERED-Spektrografen am 6,5 m großen Magellan-Clay-Teleskop des Las-Campanas-Observatoriums in Chile. Am 23. September 2024 verfolgten sie das Planetensystem über 6,5 Stunden, während LHS 1140 b vor seinem Stern vorbeizog.
Bei einem solchen Transit durchquert ein Teil des Sternenlichts die Atmosphäre des Planeten. Die darin enthaltenen Atome absorbieren bestimmte Wellenlängen und hinterlassen dadurch charakteristische Spuren im Lichtspektrum. In insgesamt 70 hochauflösenden Aufnahmen entdeckte das Team bei rund 10.833 Å drei eng beieinanderliegende Absorptionslinien. Dieses sogenannte Triplett ist typisch für metastabiles Helium.
Das Signal war bereits vor dem eigentlichen Transit und noch nach dessen Ende messbar. Die Forschenden werten dies als Hinweis auf eine ausgedehnte Gashülle mit einem vorauslaufenden und einem nachfolgenden Heliumschweif. Offenbar verliert der Planet zumindest zeitweise Gas entlang seiner Umlaufbahn.
Hydrodynamischer Ausfluss: Warum der Planet Gas verliert
Dass das Helium messbar ist, liegt an Prozessen in der oberen Atmosphäre. Die intensive Röntgen- und extreme UV-Strahlung des Roten Zwergs heizt das Gas auf. Die Folge ist ein sogenannter hydrodynamischer atmosphärischer Ausfluss. Das Gas expandiert so stark, dass ein Teil dem Schwerefeld des Planeten entweicht.
Über Milliarden von Jahren führt dies zu einer atmosphärischen Fraktionierung:
- Der leichtere Wasserstoff entwich vergleichsweise leicht in den Weltraum.
- Das schwerere Helium blieb zurück und reicherte sich in den oberen Schichten an.
- Schwerere Elemente wie Sauerstoff, Kohlenstoff oder Stickstoff werden durch den Heliumstrom nach den Berechnungen nicht in größerem Umfang mitgerissen. Sie könnten in tieferen, bodennahen Schichten existieren, wurden bisher aber nicht gemessen.
Das Rätsel der zweiten Messung: Schwankende Signalstärke
Bei einer Kontrollmessung am 29. September 2025 – trotz vergleichbarer oder besserer Datenqualität – konnte kein Helium nachgewiesen werden.
Um Softwarefehler auszuschließen, wurden die Daten mit zwei unabhängigen Programmen ausgewertet. Das Ergebnis blieb konsistent: 2024 war das Helium da, 2025 nicht. Die wahrscheinlichste Erklärung der Wissenschaftler lautet, dass die Intensität des Gasausstroms schwankt. Schon Veränderungen der stellaren Aktivität (z. B. UV-Ausbrüche des Sterns) können das Signal unter die Nachweisgrenze drücken. Die Atmosphäre ist also nicht verschwunden, sondern die Ausströmung verhält sich dynamisch.
Wie geht es weiter? Geplante Messungen mit dem James-Webb-Teleskop
Über die untere Atmosphäre nahe der Oberfläche gibt das Heliumsignal keine Auskunft. Frühere Daten des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) schlossen eine reine Wasserstoffatmosphäre weitgehend aus und deuteten wage auf eine stickstoffreiche Gashülle hin, allerdings ohne ausreichende statistische Signifikanz.
LHS 1140 b ist nun Teil des gemeinsamen „Rocky Worlds“-Programms von JWST und Hubble. Die nächsten Untersuchungsschritte sind bereits angesetzt:
- MIRI (JWST): Messung sekundärer Finsternisse im Infrarotbereich, um die Tagseitentemperatur zu bestimmen und nach Absorptionsmerkmalen von Kohlendioxid (CO2) zu suchen.
- Hubble: Genaue Analyse der UV-Strahlung des Muttersterns, um die atmosphärischen Verlustraten exakter zu modellieren.
Fazit: LHS 1140 b ist keine zweite Erde. Er ist größer, massereicher und umkreist einen völlig anderen Sterntyp. Wasser oder biologische Aktivität wurden nicht nachgewiesen. Der erstmalige spektroskopische Nachweis einer Atmosphäre bei einem Gesteinsplaneten in einer bewohnbaren Zone liefert jedoch die notwendige Grundlage für die kommenden Messreihen.
Ein Beitrag von:
