Zwei Welten, die einen winzigen Stern in 218 Lichtjahren Entfernung umkreisen, scheinen von einer Art zu sein, die anders ist als alles, was wir in unserem Sonnensystem haben.
Die Exoplaneten heißen Kepler-138c und Kepler-138d. Beide haben etwa den 1,5-fachen Erdradius, und beide scheinen matschige Welten zu sein, die aus dicken, dampfenden Atmosphären und wahnsinnig tiefen Ozeanen bestehen, die alle um ein felsig-metallisches Inneres gewickelt sind.
„Wir dachten früher, dass Planeten, die etwas größer als die Erde sind, große Kugeln aus Metall und Gestein sind, wie vergrößerte Versionen der Erde, und deshalb haben wir sie Super-Erden genannt“, sagt Astronom Björn Benneke von der Universität Montreal.
„Allerdings haben wir jetzt gezeigt, dass diese beiden Planeten, Kepler-138c und d, in ihrer Natur ziemlich unterschiedlich sind: Ein großer Teil ihres gesamten Volumens besteht wahrscheinlich aus Wasser. Es ist das erste Mal, dass wir Planeten beobachten, die sicher identifiziert werden können als Wasserwelten, ein Planetentyp, von dem Astronomen vermuteten, dass er lange Zeit existierte.”
Eine kürzlich durchgeführte Analyse einer anderen Welt ergab, dass es sich um eine Wasserwelt handeln könnte, aber zur Bestätigung sind weitere Beobachtungen erforderlich. Laut den Forschern ist ihre Arbeit an den beiden ozeanischen Planeten von Kepler-138 weniger unsicher.
Herauszufinden, woraus Planeten außerhalb unseres Sonnensystems (oder Exoplaneten) bestehen, erfordert normalerweise einiges an Detektivarbeit. Sie sind sehr weit entfernt und sehr schwach im Vergleich zum Licht der Sterne, die sie umkreisen; direkte Bilder sind sehr schwer zu bekommen und folglich sehr selten und zeigen nicht viele Details.
Die Zusammensetzung eines Exoplaneten wird normalerweise aus seiner Dichte abgeleitet, die anhand von zwei Messungen berechnet wird – eine aus der Verfinsterung (oder Transit) des Lichts des Sterns durch den Planeten und die andere aus der Radialgeschwindigkeit oder dem „Wackeln“ des Sterns.
Die Menge an Sternenlicht, die durch den Transit blockiert wird, sagt uns die Größe des Exoplaneten, von dem wir einen Radius erhalten. Die Radialgeschwindigkeit wird durch die Schwerkraft des Exoplaneten induziert, die als regelmäßige, aber sehr kleine Ausdehnung und Kontraktion der Wellenlänge des Lichts des Sterns gesehen wird, wenn er herumgezogen wird. Die Amplitude dieser Bewegung kann uns sagen, wie viel Masse ein Exoplanet hat.
Sobald Sie die Größe und Masse eines Objekts haben, können Sie seine Dichte berechnen.
Eine gasförmige Welt, wie Jupiter oder sogar Neptun, wird eine relativ geringe Dichte haben. Felsige Welten, die reich an Metallen sind, haben eine höhere Dichte. EINt 5,5 Gramm pro Kubikzentimeter, Die Erde ist der dichteste Planet in unserem Sonnensystem; Saturn hat mit 0,69 Gramm pro Kubikzentimeter die geringste Dichte.
Transitdaten zeigen, dass Kepler-138c und Kepler-138d Radien haben, die 1,51-mal so groß sind wie die der Erde, und Messungen ihrer jeweiligen Schlepper auf Kepler-138 geben uns Massen, die 2,3- bzw. 2,1-mal so groß sind wie die der Erde. Diese Eigenschaften wiederum geben uns für beide Welten eine Dichte von etwa 3,6 Gramm pro Kubikzentimeter – irgendwo zwischen einer felsigen und einer gasförmigen Zusammensetzung.
Das ist ziemlich nah am Jupiter-Eismond Europa, der eine Dichte von 3,0 Gramm pro Kubikzentimeter hat. Es ist zufällig von einem flüssigen globalen Ozean unter einer eisigen Hülle bedeckt.
„Stellen Sie sich größere Versionen von Europa oder Enceladus vor, den wasserreichen Monden, die Jupiter und Saturn umkreisen, aber viel näher an ihren Stern herangebracht werden“, sagt die Astrophysikerin Caroline Piaulet von der Universität Montreal, die die Forschung leitete. “Statt einer eisigen Oberfläche würden Kepler-138c und d große Wasserdampfhüllen beherbergen.”
Nach der Modellierung des Teams würde Wasser mehr als 50 Prozent des Volumens der Exoplaneten ausmachen und sich bis in eine Tiefe von etwa 2.000 Kilometern (1.243 Meilen) erstrecken. Zum Vergleich: Die Ozeane der Erde haben eine durchschnittliche Tiefe von 3,7 Kilometern (2,3 Meilen).
Aber Kepler-138c und Kepler-138d sind ihrem Stern viel näher als die Erde. Obwohl dieser Stern ein kleiner, kühler roter Zwerg ist, würde diese Nähe die beiden Exoplaneten viel, viel heißer machen als unsere Welt. Sie haben Umlaufzeiten von 13 bzw. 23 Tagen.
Das bedeutet, dass die Ozeane und Atmosphären auf diesen Welten unserem Ozean wahrscheinlich nicht sehr ähnlich sehen werden, sagen die Forscher.
„Die Temperatur in den Atmosphären von Kepler-138c und Kepler-138d liegt wahrscheinlich über dem Siedepunkt von Wasser, und wir erwarten auf diesen Planeten eine dicke, dichte Atmosphäre aus Dampf“, sagt Piaulet.
„Nur unter dieser Dampfatmosphäre könnte es möglicherweise flüssiges Wasser bei hohem Druck oder sogar Wasser in einer anderen Phase geben, die bei hohem Druck auftritt, eine sogenannte überkritische Flüssigkeit.“
Außerirdisch, in der Tat.
Die Forschung wurde in veröffentlicht Naturastronomie.