Wenig lebensfreundliche Bedingungen herrschen nach unseren Maßstäben auf der Supererde GJ 1214b, die einen roten Zwergstern im Sternbild Schlangenträger umkreist. Sie ist von ihrem Zentralgestirn nur zwei Millionen Kilometer entfernt und an ihrer Oberfläche rund 230 Grad Celsius heiß. Mittels Bildern und Messdaten, die mit dem Weltraumteleskop Hubble gewonnen wurden, konnte eine internationale Forschergruppe um Zachory Berta am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics belegen, dass diese Supererde von einer dichten Atmosphäre umgeben ist, die große Mengen an heißem Wasserdampf enthält.

Damit bestätigten sie frühere Messungen, die schon im Jahr 2010 auf Wasserdampf bei GJ 1214b hinwiesen. Damals konnten die Astronomen aber nicht feststellen, ob dies für die gesamte Gashülle gilt, oder ob sie nur auf eine wasserdampfhaltige Schicht in der Atmosphäre gestoßen waren. Für die neuen Untersuchungen beobachteten die Forscher um Berta mit der Weitfeldkamera-3 (WFC-3) des Weltraumteleskops Hubble Vorübergänge des Planeten vor seiner Sonne. Damit wurde erstmals mit Hubble ein Exoplanetentransit beobachtet.

Der Planet GJ 1214b, der nur 38 Stunden für einen Umlauf um seine Sonne benötigt, wandert von uns aus gesehen vor der Oberfläche seines Zentralgestirns vorbei und schwächt dabei dessen Licht um 1,4 Prozent ab. Dies ist ein recht starkes Signal im Vergleich zu anderen Exoplanetensystemen.

Die Astronomen erstellten eine Lichtkurve des Transits, sie trugen also die Sternhelligkeit gegen die Zeit auf. Zudem konnten sie mit der WFC-3 Spektren aufnehmen, welche die Anwesenheit von Wasserdampf belegen, da das Licht des Sterns teilweise die Gashülle des Planeten durchlief. Die Beobachtungen im nahen Infraroten zeigen nun, dass der Wasserdampf wahrscheinlich nicht nur in einer Dunst- oder Wolkenschicht um den Planeten liegt, sondern dass die gesamte Atmosphäre wasserhaltig ist. Die Forscher ermittelten einen minimalen Anteil von 50 Prozent, der Rest dürfte auf Gase wie Wasserstoff, Helium und Methan entfallen.

Aus den Messungen ergaben sich weitere Parameter dieser als Supererde eingestuften Welt. Demnach weist GJ 1214b den 2,7-fachen Durchmesser der Erde auf und erreicht die rund 6,5-fache Erdmasse. Der Planet besitzt eine mittlere Dichte von rund 1,9 Gramm pro Kubikzentimeter, deutlich weniger als diejenige der Erde mit 5,5 Gramm pro Kubikzentimeter. Dies belegt die Anwesenheit großer Mengen an leichtflüchtigen Stoffen mit geringer Dichte, in diesem Fall hauptsächlich Wasserdampf.

GJ 1214b enthält in seinem Inneren mit großer Sicherheit einen Kern, der überwiegend aus Gestein und einem großen Anteil aus Hochdruckvarianten von Wassereis besteht. Er ist von einer mächtigen Atmosphäre umgeben. In der Übergangszone von der Gashülle zum festen Kern vermuten die Forscher exotische Stoffe wie glühendes Eis oder superfluides Wasser, die auf der Erde nicht auftreten. Somit ist auch diese rund 40 Lichtjahre von uns entfernte Welt für Leben, wie wir es kennen, denkbar ungeeignet.

Berta, Z.A. et al., Astrophysical Journal, eingereicht.

arXiv:1111.5621v1

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WiS in Sterne und Weltraum
Das WiS-Material »Mit »Corot« und »Kepler« auf der Suche nach einer zweiten Erde« betrifft den Beitrag »Eine Supererde mit heißer Dampfhülle«. Es betrachtet die Planeten um andere Sterne und beschäftigt sich mit den beiden Satellitenmissionen zur Suche nach Exoplaneten, Corot und Kepler. (ID-Nummer: 1051348)

Und »Einblicke in das Familienleben der Exoplaneten« erlaubt physikalische Betrachtungen über diese fernen Welten anhand der Messdaten. Hier geht es darum, sich diese Planeten vorzustellen. Mit Hilfe der ID-Nummer 1051518 ist das Material auf der Seite www.wissenschaft-schulen.de/artikel/ID-Nummer als Download unter dem Link »Zentrales WiS!-Dokument« zugänglich.

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Bildunterschrift der im Schattenblick nicht veröffentlichten Abbildung der Originalpublikation:

- In einem Abstand von nur etwa zwei Millionen Kilometern umrundet der Exoplanet GJ 1214b seine Sonne. Wegen der großen Nähe beträgt die Oberflächentemperatur rund 230 Grad Celsius. Seine Atmosphäre weist einen hohen Gehalt an heißem Wasserdampf auf.

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