Supererde mit Überraschungen: Forscher spüren zweiten Merkur auf

Von Markus Brauer

Forscher haben die Oberfläche eines felsigen Exoplaneten näher analysiert. Bei dem Exoplaneten LHS 3844 b handelt es sich um eine Supererde. Der im Fachjournal „Nature Astronomy“ veröffentlichten Studie zufolge zeigt sie Ähnlichkeiten zu Himmelskörpern in unserem Sonnensystem.

Der Planet kreist in 48,5 Lichtjahren Entfernung von der Erde um den Stern LHS 3844. Er ist felsiger Planet und etwa ein Drittel größer als die Erde. Anders als die Erde umkreist er jedoch einen kühlen roten Zwergstern in einer sehr engen Bahn: Eine Umrundung dauert nur 11 Stunden.

LHS 3844 b ein Drittel größer als die Erde

„Dank der außerordentlichen Empfindlichkeit des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST können wir Licht auffangen, das direkt von der Oberfläche dieses fernen Gesteinsplaneten stammt“, sagt Laura Kreidberg, Direktorin des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg und Co-Leiterin der Studie.

Allerdings handelt es sich bei dieser Supererde keinesfalls um ein Idyll. „Wir ermitteln daraus eine dunkle, heiße und karge Gesteinswelt ohne jegliche Atmosphäre.“

Karge Gesteinswelt ohne Schutz vor Weltraumstrahlung

Seine Eigenrotation dauert genauso lange wie ein Umlauf um den Stern. Infolgedessen weist der Planet dem Stern immer dieselbe Seite zu. Auf dieser permanenten Tagseite beträgt die Durchschnittstemperatur etwa 1000 Kelvin (725 Grad Celsius).

Dank der außerordentlichen Empfindlichkeit des JWST konnten die Astrophysiker Licht auffangen, das direkt von der Oberfläche dieses fernen Gesteinsplaneten stammt. Es zeigt eine dunkle, heiße und karge Gesteinswelt ohne jegliche Atmosphäre. LHS 3844 b ähnelt mit seiner dunklen Oberfläche im Wesentlichen einer größeren Version des Mondes oder des Planeten Merkur.

Erdähnliche, silikatreiche Krusten entstehen durch eine langwierige Anreicherung, die tektonische Aktivität und üblicherweise Wasser als Schmiermittel benötigt. Dabei schmilzt und erstarrt das Gesteinsmaterial wiederholt, während es mit Mantelmaterial vermischt wird, wodurch die leichteren Minerale an der Oberfläche zurückbleiben.

Exoplanet hat kaum Wasser

„Da LHS 3844 b keine solche Silikatkruste besitzt, lässt sich schlussfolgern, dass eine erdähnliche Plattentektonik auf diesem Planeten entweder nicht existiert oder ineffektiv ist“, erklärt der Astronom Sebastian Zieba. „Dieser Planet enthält wahrscheinlich nur wenig Wasser.“ Stattdessen deutet die dunkle Oberfläche auf eine Zusammensetzung hin, die an irdischen oder lunaren Basalt oder an Erdmantelmaterial erinnert.

Ohne eine schützende Atmosphäre sind Planeten der Weltraumverwitterung ausgesetzt. Diese wird primär durch die harte, energiereiche Strahlung des Zentralsterns sowie durch Einschläge von Meteoriten unterschiedlicher Größe vorangetrieben.

„Es zeigt sich, dass diese Prozesse das harte Gestein nicht nur langsam in Regolith zersetzen – eine Schicht aus feinen Körnern, wie man sie vom Mond kennt“, erläutert Zieba. „Sie machen diese Schicht zudem dunkler, indem sie Eisen und Kohlenstoff anreichern. Dadurch entsprechen die Eigenschaften des verwitterten, pulvrigen Regoliths eher den Beobachtungen.“

Zwei Szenarien für dunkle Planetenoberfläche

Diese Analyse führt die Astronomen zu zwei Szenarien für die Planetenoberfläche:

• Das erste Szenario beschreibt eine Oberfläche, die von dunklem, festem Gestein aus basaltischen oder magmatischen Mineralen geprägt ist. Da die Weltraumverwitterung die Eigenschaften solchen Gesteins auf geologischen Zeitskalen vergleichsweise schnell verändert, folgern die Forscher, dass die Oberfläche in diesem Fall relativ jung sein müsste – entstanden durch kürzliche geologische Aktivitäten wie weiträumigen Vulkanismus.
• Das zweite Szenario geht ebenfalls von einer dunklen Oberfläche aus, vergleichbar mit der des Mondes oder des Merkurs. Es berücksichtigt jedoch eine langanhaltende Weltraumverwitterung, die zur Entstehung ausgedehnter Regionen führt, die von einer dunklen Regolithschicht bedeckt sind. Dabei handelt es sich um jenes feine Pulver, das auch auf dem Mond vorkommt, wie die legendären Aufnahmen der Fußabdrücke der Astronauten belegen. Diese Alternative setzt längere Zeiträume geologischer Inaktivität voraus und erfordert damit Bedingungen, die dem ersten Szenario widersprechen.
• Die beiden Szenarien unterscheiden sich maßgeblich in der Intensität der geologischen Aktivität, die für die jeweilige Oberflächenbeschaffenheit erforderlich wäre. Auf der Erde und anderen aktiven Himmelskörpern im Sonnensystem sind vulkanische Ausgasungen ein typisches Begleitmerkmal solcher Prozesse.

Planeten Merkur sehr ähnlich

Schwefeldioxid (SO₂) ist ein Gas, das häufig mit Vulkanismus in direktem Zusammenhang steht. Wäre es auf LHS 3844 b in nennenswerten Mengen vorhanden, hätten die Forscher es nachweisen müssen. Da jedoch keine entsprechenden Spuren festgestellt wurden, gilt eine Phase rezenter vulkanischer Aktivität als unwahrscheinlich.

Dies veranlasst die Astronomen, das zweite Szenario zu bevorzugen. Sollte dies zutreffen, könnte LHS 3844 b dem Planeten Merkur tatsächlich sehr ähnlich sehen.