Planeten speichern unerwartet viel Wasser in ihren Eisenkernen

Von Rainer Kayser (dpa)/Markus Brauer

Auf sogenannten Super-Erden – also Exoplaneten mit der mehrfachen Masse der Erde wie der Mini Neptun GJ 1214 – könnten im Gegensatz zu bisherigen Annahmen durchaus lebensfreundliche Bedingungen herrschen. Und das aufgrund einer paradoxen Situation: Die Planeten können zwar sehr viel Wasser enthalten, aber der überwiegende Teil davon ist vermutlich dauerhaft in ihrem Eisenkern gebunden.

Das berichtet ein Forschungsteam der Princeton University in den USA und der ETH Zürich im Fachmagazin „Nature Astronomy“.

Models show that water in super-Earth and sub-Neptune exoplanets is mostly stored deep in their cores and mantles, rather than their surfaces. Exoplanets previously thought to be quite dry might have abundant water inside. Luo, Dorn & Deng: https://t.co/8gNjQ0qdLmpic.twitter.com/YeguKCMASs — Nature Astronomy (@NatureAstronomy) August 20, 2024

Exoplaneten als Wasserwelten

Über 5500 Planeten bei anderen Sternen haben Himmelsforscher bislang aufgespürt. Etwa ein Drittel davon sind Super-Erden. Bei vielen Planeten können die Wissenschaftler zwar die Masse und die Größe bestimmen und damit auch ihre durchschnittliche Dichte.

Doch Aussagen über den inneren Aufbau und insbesondere darüber, wie viel Wasser es auf ihnen gibt, sind schwierig. Hinweise darauf können beispielsweise Computermodelle der Planetenentstehung liefern.

Viele Super-Erden, so die Vermutung, sind Wasserwelten, die vollständig von Ozeanen bedeckt sind, die Hunderte von Kilometern tief sein können. Da Wasser eine wichtige Voraussetzung für die Entstehung von Leben ist, rückte das zunächst Super-Erden als Kandidaten für die Suche nach Lebensspuren in den Fokus der Forscher.

Bildung von exotischen Formen von Eis

Die große Masse dieser Planeten führt auch zu einer stärkeren Schwerkraft und damit zu einem gewaltigen Druck am Boden der Ozeane. Der Druck ist so groß, dass sich dort exotische Formen von Eis bilden, die das Gestein des Meeresbodens von dem Wasser des Ozeans abschirmen.

Ohne die Mineralien des Gesteins kann nach heutigen Erkenntnissen kein Leben entstehen. Super-Erden sind also, so die Schlussfolgerung, trotz ihrer gewaltigen Wassermengen vermutlich lebensfeindlich.

Nur kleiner Anteil von Wasser an der Oberfläche

„Unsere Modelle des Inneren von Planeten stellen diese Vorstellung von Wasserwelten jedoch infrage“, erläutern Haiyung Luo und Caroline Dorn von der ETH Zürich, sowie Jie Deng von der Princeton University. „Denn der größte Teil des Wassers – bis zu 95 Prozent – könnten im Kern und im Mantel der Planeten gebunden sein.“

Damit bliebe nur ein kleiner Anteil von Wasser für die Oberfläche übrig und es könnten dort, die richtige Entfernung vom jeweiligen Zentralstern vorausgesetzt, lebensfreundliche Bedingungen ähnlich wie auf der Erde herrschen.

Im Erdinnern sind gewaltige Mengen an Wasser gebunden

Auslöser für die Überlegungen der drei Planetenforscher waren neue Erkenntnisse über den Aufbau der Erde. Im Inneren unseres Planeten, so zeigte vor vier Jahren ein internationales Forschungsteam, sind gewaltige Mengen an Wasser gebunden – bis zum Achtzigfachen der Wassermenge aller Ozeane auf der Erdoberfläche. Das, so folgerten Luo, Dorn und Deng, sollte auch für andere Planeten gelten.

„Der Eisenkern eines Planeten bildet sich langsam“, erklärt Dorn. „Zunächst ist das Eisen in Form von Tröpfchen im Magma enthalten.“ Und dort nimmt das Eisen dann das in der Entstehungsphase eines Planeten noch im Magma gebundene Wasser auf.

Eisen, so die Forscherin, kann unter extremen Bedingungen, wie sie im Inneren von Super-Erden herrschen, bis zu siebzig Mal mehr Wasser binden als Gestein. Mit den Eisentröpfchen sinkt das Wasser dann in den Planetenkern hinab. Doch während das Wasser aus dem Magma ausgasen und so an die Oberfläche gelangen kann, bleibt das Wasser im Eisenkern dort für immer eingeschlossen.

Potenzielle Lebensfreundlichkeit wasserreicher Planeten

So gelangen die Forscher zu ihrem überraschenden Befund. Super-Erden können einerseits sogar noch mehr Wasser enthalten bislang angenommen. Doch da der größte Teil davon im Inneren gebunden ist, müssen sie trotzdem nicht von einem tiefen globalen Ozean bedeckt sein.

„Unsere Ergebnisse führen also“, resümieren die Wissenschaftler, „zu wichtigen Schlussfolgerungen für die potenzielle Lebensfreundlichkeit wasserreicher Planeten. Auch dort können sich erdähnliche Bedingungen auf der Oberfläche entwickeln.“

Info: Exoplaneten

Exoplanet

Erst seit gut zwei Jahrzehnten ist der Nachweis von immer mehr Exoplaneten gelungen. Das sind Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, die über erdähnliche Bedingungen verfügen könnten. Inzwischen mehren sich die Hinweise, dass in unserer Galaxie, der Milchstraße, unzählige derartige Himmelskörper herumschwirren.

Superhabitable Welten

Damit sich auf einem Planeten Leben entwickeln kann, muss dieser Planet habitabel oder superhabitabel – also für die Entstehung und Evolution von Lebewesen noch besser geeignet sein die Erde. Voraussetzung dafür ist, dass er über eine Atmosphäre verfügt, die Wasser und Atemgase bindet, Temperaturen, die flüssiges Wasser ermöglichen sowie geeignete chemische Ausgangssubstanzen und Lebensräume. Ein weitere wichtiger Faktor für die Evolution von Leben ist Zeit: Venus und Mars waren zu Beginn ihrer Entstehung zwar auch lebensfreundlich, aber ihre habitable Phase endete, bevor sich dort überhaupt Leben entwickeln konnte.

Exoplanet K2-18b

Im September 2019 berichteten Wissenschaftler vom University College in London, dass ein 110 Lichtjahre entfernter Planet außerhalb unseres Sonnensystems die wichtigsten Voraussetzungen für die Entstehung von Leben erfüllt. Der Exoplanet K2-18b sei der erste, auf dem sowohl adäquate Temperaturen als jetzt auch die Existenz von Wasser nachgewiesen worden seien, berichteten sie. 

Außerirdisches Leben?

Ob auf diesen Himmelskörpern tatsächlich außerirdisches Leben existiert, lässt sich allerdings nicht nachprüfen, da all diese Planeten mehr als 100 Lichtjahre von der Erde entfernt sind. „Auch wenn diese Exoplaneten damit außerhalb der Reichweite von Weltraumteleskopen liegen, halten wir es für gut möglich, dass es unter den heute bekannten Exoplaneten einige superhabitable Vertreter gibt“, erklärten die Forscher. „Sollte in nächster Zeit eine solche Welt auch in unserer näheren Umgebung entdeckt werden, hätte sie auf jeden Fall eine höhere Priorität für die weitergehende Suche nach extraterrestrischem Leben als die meisten erdähnlichen Planeten.“