Mehr als 5.300 Planeten außerhalb des Sonnensystems wurden bisher zweifelsfrei entdeckt. Darunter sind heiße Gasriesen und Eiswelten, Objekte, die gleich zwei Sterne umkreisen, und erdähnliche Planeten. Unter letzteren sorgen vor allem jene für großes wissenschaftliches Interesse, die theoretisch lebensfreundliche Bedingungen aufweisen könnten. 2017 entdeckten Astronominnen und Astronomen gleich ein ganzes System vielversprechender Welten: Um den Zwergstern Trappist-1, der 40 Lichtjahre von uns entfernt ist, kreisen zumindest sieben etwa erdgroße Planeten. Auf einigen davon könnte es im einen oder anderen Aggregatzustand Wasser geben, drei davon befinden sich in der habitablen Zone des Sterns.

Nun hat ein internationales Forschungsteam um Thomas Greene vom Nasa Ames Research Center in Mountain View den innersten dieser Planeten genauer untersucht: Trappist-1b. Mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops, das dank seiner enormen Empfindlichkeit im Infrarotbereich auch ganz neue Möglichkeiten für die Exoplanetenforschung bietet, suchten Greene und sein Team nach Hinweisen auf eine Atmosphäre um Trappist-1b. Dafür nahmen sie die thermale Abstrahlung des Planeten in den Blick, wie sie kürzlich im Fachblatt "Nature" berichteten. "Kein früheres Teleskop hatte die Empfindlichkeit, um solch schwaches Licht im mittleren Infrarotbereich zu messen", sagte Greene.

Gebundene Rotation

Das auf den ersten Blick ernüchternde Ergebnis: Der Exoplanet hat keine Atmosphäre, sondern erinnert eher an "unseren" innersten Planeten, den Merkur. Das kommt aber nicht wirklich überraschend, schon frühere Modelle hatten diesen Schluss nahegelegt. Trappist-1b befindet sich nicht in der habitablen Zone, sondern ist seinem Stern so nahe, dass er ihn alle 1,5 Tage vollständig umkreist. Obwohl der Zwergstern relativ leuchtschwach ist, bekommt sein engster Begleiter durch diese Nähe etwa viermal so viel Strahlung ab wie die Erde von der Sonne und ist energiereichen Strahlungsausbrüchen ausgeliefert. Eine potenzielle Atmosphäre würde das kaum überstehen.

Für ihre Studie beobachteten die Forschenden den Exoplaneten von uns aus gesehen bei einem Transit vor seinem Gestirn und wie er hinter seinem Stern verschwand. Durch die Differenz der Helligkeit ließ sich berechnen, wie viel Wärme der Planet selbst abstrahlt – was wiederum Rückschlüsse auf die Temperaturverteilung und eine mögliche Atmosphäre erlaubte. Trappist-1b befindet sich in gebundener Rotation, er wendet seinem Stern also immer dieselbe Seite zu. Das sorgt für extreme Temperaturunterschiede auf dem Planeten: Wie Greene und Kollegen ermitteln konnten, dürfte es auf der Tagseite von Trappist-1b dauerhaft mehr als 230 Grad Celsius haben, während es auf der Nachtseite stets kalt bleibt.

Webb bleibt dran

Die Temperaturen passen genau zu Modellen des Planeten ohne Atmosphäre. Wäre eine Gashülle vorhanden, müsste es zudem eine gewisse Wärmeumverteilung zwischen Tag- und Nachtseite geben. "Die Ergebnisse passen nahezu perfekt zu einem dunklen Objekt aus nacktem Gestein, bei dem es keine Atmosphäre gibt, die die Wärme zirkulieren lässt", sagte Elsa Ducrot von der Universität Paris-Saclay, eine der Studienautorinnen. "Wir konnten auch keine Anzeichen für eine Absorption des Lichts durch Kohlendioxid feststellen."

Für die Exoplanetenforschung sind die neuesten Daten zu Trappist-1b keine große Enttäuschung. Die Studie zeigt eindrucksvoll, was mit dem Webb-Teleskop möglich ist – hätte der Planet eine Atmosphäre, wäre sie im Rahmen der Beobachtungen wohl entdeckt worden und hätte wahrscheinlich auch charakterisiert werden können. Zudem gibt es noch sechs weitere Welten im Trappist-System, bei denen Chancen auf bessere Bedingungen bestehen. Auch sie sollen schon bald mit dem Webb-Teleskop ins Visier genommen werden. "Das Trappist-System ist ein großartiges Labor", sagte Ducrot. "Das sind die besten Ziele, die wir haben, um die Atmosphären von Gesteinsplaneten zu untersuchen." (David Rennert, 30.3.2023)