Bewölkte Supererde

Unter den bislang mehr als 1000 bekannten Exoplaneten bilden die mittelgroßen quantitativ die Mehrzahl. Solche extrasolaren, terrestrischen Himmelskörper, auch Supererden genannt, rangieren in Bezug auf ihre Massen zwischen der Erde des Sonnensystems und dem Neptun. Atmosphärische Studien litten in der Vergangenheit zumeist an der Problematik, nicht zwischen unterschiedlichen Atmosphäreninterpretationen im Hinblick auf die Natur der Gashüllen solcher Supererden unterscheiden zu können. Die spektroskopischen Datenlagen zeigten oft eine unzureichende Aussagekraft, um belastbare Charakteristika zu erstellen. Eine Frage, die sich genauso auch bei dem Archetypen der Supererden, dem Planeten GJ 1214b stellt: Dominieren in seiner Atmosphäre eher die schwereren Moleküle, wie z.B. Wasser? Oder aber befinden sich in der Hochatmosphäre Wolken, die darunter liegende Schichten verschleiern? Bei Gliese 1214b handelt es sich um eine seit einigen Jahren bekannte Supererde in rund 40Lj Entfernung. Mit einem Abstand von nur 0,014AE umkreist der Planet seinen Zentralstern (einen Roten Zwerg) im Sternbild Schlangenträger innerhalb von 38 Stunden. Die bisherige Lehrmeinung sah in Gliese 1214b aufgrund von Beobachtungen mit dem Hubble-Teleskop einen Planeten, dessen Atmosphäre sich möglicherweise überwiegend aus Wasserdampf zusammensetzt. Vor diesem Hintergrund wurde angenommen, dass der Planet selbst zu einem großen Teil aus Wasser besteht.

Jüngst gewonnene Transmissionsspektren im nahen Infrarotbereich zeichnen nun ein neues Bild und schließen wasser-, oder methandominierte Atmosphärenmodelle weitgehend aus. Ein Transmissionsspektrum entsteht, wenn das Licht eines Sterns die Lufthülle des zu untersuchenden Planeten durchdringt. Atmosphärische Elemente filtern dabei die für sie charakteristischen Wellenlängen aus dem Lichtspektrum heraus. Doch bei Gliese fehlen auch nach intensiver Beobachtung jegliche Signaturen atmosphärischer Gase, was das Vorhandensein einer dichten, lichtundurchlässigen Wolkendecke vermuten lässt. Untermauert wird die These durch die Befunde eines weiteren extrasolaren Trabanten: Gliese 436b. Er ist grob mit Neptuns Masse vergleichbar und kreist ähnlich wie sein leichterer Bruder innerhalb der auf das Gliese-System übertragenen Merkurbahn um seinen Stern. Auch in der Lufthülle des neptungroßen Gliese-Planeten fanden sich keine Spuren atmosphärischer Gase. Entweder versperrt auch hier eine dichte Wolkendecke den Weg für das Licht in tiefere Atmosphärenregionen, oder die Atmosphäre ist tatsächlich wolkenfrei, würde in diesem Fall aber keinen Wasserstoff enthalten. Ein Szenario, das sich bei einem Neptun-ähnlichen Planeten nur schwer erklären ließe. Modellrechnungen lassen Temperaturen von über 200°C auf den fernen Welten vermuten. Unter solchen Gegebenheiten bestehen die globalen Wolkenfelder wohl eher aus Kaliumchlorid oder Zinksulfid und sind mit den uns von der Erde bekannten Wasserdampfwolken am Himmel nicht zu vergleichen.

Lars-C. Depka

www.nature.com/nature/journal/v505/n7481/full/nature12888.html