© NASA/JPL-Caltech/R. Hurt
Bewohnbare Wasserwelten: Was die Atmosphäre von Exoplaneten über ihr Inneres verrät
Planeten könnten deutlich mehr Wasser enthalten als bisher angenommen. Eine neue Studie liefert Hinweise, wo die Suche nach Leben vielversprechend sein könnte.
Planeten außerhalb des Sonnensystems könnten weit mehr Wasser enthalten als angenommen. Darauf deuten Modellrechnungen, die auch Hinweise auf wasserreiche Welten liefern, die Leben beherbergen könnten. Auf den meisten bisher bekannten Exoplaneten erscheint das jedoch unwahrscheinlich, da das Wasser vor allem im Inneren und nicht in flüssiger Form gespeichert ist.
Bisher ist man bei der Erforschung ferner „erdähnlicher“ Planeten davon ausgegangen, dass nicht nur ihre Größe, sondern auch ihr Aufbau mit dem der Erde vergleichbar ist: ein Kern aus Eisen, darüber einen Mantel aus Silikatgestein und an der Oberfläche zusammenhängende Ozeane aus Wasser. „Erst in den letzten Jahren hat man angefangen zu berücksichtigen, dass Planeten komplexer sind“, sagt Caroline Dorn, Professorin für Exoplaneten an der ETH Zürich und Co-Autorin der jetzt in „Nature Astronomy“ erschienenen Studie.
Simulationen der Bedingungen auf der jungen Erde lassen darauf schließen, dass das Wasser auch hier anders verteilt ist, als die oberflächliche Betrachtung nahelegt. Ein Vielfaches der Wassermenge in den Ozeanen könnte demnach im Erdinneren versteckt sein. Experimente und seismologische Messungen sind damit vereinbar.
Magmasuppe mit Wasser und Eisen
Das Team um Dorn untersuchte, wie das Wasser auf Exoplaneten verteilt sein könnte. Die meisten der bisher entdeckten Planeten umrunden ihre Sterne auf engen Umlaufbahnen. Es sind deshalb heiße Welten, die noch keinen ausgekühlten Mantel aus Silikatgestein haben wie die Erde. Ihre Oberfläche ist wahrscheinlich von Ozeanen aus geschmolzenem Magma bedeckt, in dem sich Wasser gut lösen kann.
Der Eisenkern solcher Planeten bilde sich erst mit der Zeit, erklärt Dorn. Zuvor liege ein großer Teil des Eisens in Form von Tröpfchen in der heißen Magmasuppe vor. Das gelöste Wasser verbinde sich mit diesen Eisen-Tröpfchen und sinke dann mit ihnen zum Kern. „Je größer der Planet und je mehr Masse damit vorhanden ist, umso mehr ist das Wasser geneigt, mit den Eisen-Tröpfchen zum Kern zu sinken“, wird Dorn in einer Mitteilung der ETH Zürich zitiert. Das sei eines der wichtigsten Resultate der Studie. Das Eisen könne unter bestimmten Bedingungen bis zu 70-mal mehr Wasser aufnehmen als die Silikate.
Unter dem hohen Druck im Planetenkern würden Wassermoleküle dann zu Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Das Wasser, das in den Kern gesunken ist, wird dort dauerhaft eingeschlossen. Das im Magma-Ozean des Mantels gelöste Wasser kann aber während seiner Abkühlung an die Oberfläche gelangen. „Wenn man also Wasser in der Atmosphäre eines Planeten findet, dann gibt es wahrscheinlich sehr viel mehr davon im Inneren“, erklärt Dorn.
Lebensfreundliche Bedingungen
Was sagen diese Erkenntnisse über die Wahrscheinlichkeit aus, mit der sich Leben auf Exoplaneten entwickelt haben könnte? Wasserreiche Supererden gelten schon lange als bewohnbar. Es sind Planeten von der Größe einiger Erdmassen, deren Oberfläche von einem tiefen globalen Ozean bedeckt ist.
Doch zu viel Wasser könnte auch lebensfeindlich sein. Denn auf solchen Wasserwelten würde sich am Grund des Ozeans Hochdruckeis bilden und den Austausch lebenswichtiger Stoffe verhindern, so die Gegenargumentation.
Dorn und Kollegen kommen nun zu einem anderen Schluss: Welten mit tiefen Ozeanen kämen wahrscheinlich nicht häufig vor, da sich der Großteil des Wassers auf Supererden nicht wie bisher angenommen auf der Oberfläche befindet, sondern im Kern eingeschlossen ist. Daher könnten sogar Planeten mit einem relativ hohen Wasseranteil das Potenzial haben, erdähnliche, lebensfreundliche Bedingungen zu entwickeln. (Tsp)
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Eine Quelle: www.tagesspiegel.de