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© NASA, ESA, CSA, Dani Player (STScI)

Das „James Webb“-Weltraumteleskop soll den Blick auf zwei besondere Exoplaneten werfen: Die beiden Super-Erden könnten Rückschlüsse auf die Erde liefern.

Washington D.C. – Im Sommer soll das „James Webb“-Weltraumteleskop der Raumfahrtorganisationen Nasa, Esa und der kanadischen CSA mit der wissenschaftlichen Arbeit beginnen und gleich im ersten Jahr den Blick auf zwei Super-Erden richten. Wie die Nasa berichtet, sind die heißen Super-Erden 55 Cancri e und LHS 3844 b wissenschaftliche Ziele für „Webb“. Beide Exoplaneten umkreisen ihre Sterne in großer Nähe und sind deshalb sehr heiß. 55 Cancri e könnte deshalb von Lava bedeckt sein, vermuten Forschende. Der Exoplanet LHS 3844 bietet den Forschenden dagegen die Möglichkeit, festes Gestein eines Planeten zu untersuchen.

Das Ziel der Forschenden: Sie möchten die geologische Vielfalt von Planeten in der Galaxie verstehen. Doch es geht um mehr als nur die Untersuchung der zwei von mehr als 5000 bestätigten Exoplaneten: Durch die Erforschung der beiden Super-Erden möchten die Forschenden auch herausfinden, wie Gesteinsplaneten, wie die Erde, sich im Laufe der Zeit entwickeln.

„Sie werden uns fantastische neue Perspektiven auf erdähnliche Planeten im Allgemeinen eröffnen und uns dabei helfen, herauszufinden, wie die frühe Erde ausgesehen haben könnte, als sie so heiß war wie diese Planeten heute“, erklärt Laura Kreidberg vom Max-Planck-Institut für Astronomie in einer Mitteilung der Nasa. Ihr Team wird das „Webb“-Instrument MIRI nutzen, um herauszufinden, wie die Oberfläche des Exoplaneten LHS 3844 b beschaffen ist.

Blick in die Tiefen des Universums – So sieht „Hubble“ das Weltall

Der Ring-Nebel (M57) ist ein planetarischer Nebel im Sternbild Leier. Es handelt sich um die leuchtenden Überreste eines einst sonnenähnlichen Sterns, der vor etwa 20.000 Jahren seine äußere Gashülle abgestoßen hat. Der Ring hat einen Durchmesser von etwa 1,3 Lichtjahren. Im Inneren befindet sich ein weißer Zwergstern.

Der ikonische Pferdekopfnebel ist ein beliebtes Ziel für Amateur- und Berufsastronomen. Der Pferdekopfnebel ist Teil einer Dunkelwolke im Sternbild Orion, die von einem rot leuchtenden Nebel (IC 434) beleuchtet wird. Der Nebel ist etwa 1500 Lichtjahre von der Erde entfernt.

Diese Aufnahme der elliptischen Radiogalaxie Hercules A stammt ebenfalls vom „Hubble“-Weltraumteleskop der Nasa. Die Galaxie ist 2,1 Milliarden Lichtjahre entfernt und befindet sich im Sternbild Herkules. Zu sehen sind riesige Plasma-Jets, die vermutlich von einem supermassereichen schwarzen Loch im Innern der Galaxie angetrieben werden.

Auf diesem Bild sind zwei Spiralgalaxien zu sehen, die miteinander interagieren. Die Gruppe trägt den Namen Arp 273. Dass die beiden Galaxien in dieser Gruppe miteinander interagieren oder interagiert haben, erkennt man der US-Raumfahrtorganisation Nasa zufolge an den ungewöhnlichen Spiral-Mustern. Arp 273 ist etwa 300 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt, und auch die beiden Galaxien liegen eigentlich zehntausende Lichtjahre weit auseinander. Nur eine sehr zarte „Brücke“ verbindet die beiden.

Eine majestätische Spiralgalaxie ist auf diesem Bild des „Hubble“-Weltraumteleskops der Nasa zu sehen. Es handelt sich um die Spiralgalaxie NGC 2841, die 46 Millionen Lichtjahre entfernt, im Sternbild Großer Bär zu finden ist.

Wie ein Feuerwerk sieht diese „Hubble“-Aufnahme aus. Tatsächlich handelt es sich um das Sternentstehungsgebiet NGC 3603 im Sternbild „Kiel des Schiff“. Der Nebel ist etwa 20.000 Lichtjahre entfernt und längst nicht so friedlich, wie er aussieht: UV-Strahlung und heftige Sternenwinde haben den Blick auf den Sternhaufen freigegeben. NGC 3603 behebergt einige der größten bekannten Sterne. Sie sterben früh, weil sie ihren Wasserstoff schnell verbrennen am Ende steht eine Supernova-Explosion.

Nasa-/Esa-Weltraumteleskop „Webb“: Super-Erden im Visier

Der Exoplanet LHS 3844 b umkreist einen roten Zwergstern einmal alle elf Stunden. Entdeckt wurde er im Jahr 2018 mithilfe des Nasa-Weltraumteleskops „TESS“. Forschende gehen davon aus, dass der Exoplanet keine nennenswerte Atmosphäre besitzt, was ihnen dabei helfen dürfte, die Oberfläche der Super-Erde zu erforschen. Denn die Oberfläche direkt kann „Webb“ zwar nicht fotografieren, durch die fehlende Atmosphäre ist es jedoch möglich, die Oberfläche spektroskopisch zu untersuchen. Dazu wird „Webb“ das Spektrum der Oberfläche festhalten, die Forschenden können dieses Spektrum dann mit den Spektren bekannter Steine – beispielsweise Basalt oder Granit – vergleichen.

„Sie werden uns fantastische neue Perspektiven auf erdähnliche Planeten im Allgemeinen eröffnen und uns dabei helfen, herauszufinden, wie die frühe Erde ausgesehen haben könnte, als sie so heiß war wie diese Planeten heute.“

Neues Weltraumteleskop soll Exoplanet 55 Cancri e untersuchen

Die zweite Super-Erde, die „Webb“ im ersten Forschungsjahr in den Fokus nehmen soll, ist 55 Cancri e. Dieser Exoplanet benötigt weniger als 18 Stunden, um seinen Stern zu umrunden. Er befindet sich also sehr nah an dem Stern, der unserer Sonne ähnelt, und wird dadurch sehr heiß: Die Oberflächentemperatur befindet sich weit über dem Schmelzpunkt von typischem Gestein, heißt es bei der Nasa. Deshalb gehe man davon aus, dass die Tagseite des Planeten mit Lava-Ozeanen bedeckt ist.

Die Forschung geht davon aus, dass Planeten, die sich so nah an ihrem Stern befinden wie der Exoplanet 55 Cancri e, sich in einer sogenannten „gebundenen Rotation“ befinden. Das Phänomen kennt man vom Mond: Seine eigene Drehung ist mit der Drehung der Erde so synchronisiert, dass man von der Erde aus immer auf dieselbe Mondseite blickt. Doch bei der Super-Erde 55 Cancri e befindet sich die heißeste Stelle nicht dort, wo der Stern am stärksten strahlt, was eher gegen die gebundene Rotation spricht – oder für die Existenz einer dynamischen Atmosphäre, die die Hitze verteilt.

„55 Cancri e könnte eine dicke Atmosphäre haben, die von Sauerstoff oder Stickstoff dominiert wird“, erklärt der Forscher Renyu Hu, der am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der Nasa arbeitet und das „Webb“-Weltraumteleskop nutzen wird, um die Super-Erde 55 Cancri e zu erforschen. „Wenn er eine Atmosphäre hat, hat ‚Webb‘ die Sensitivität und den Wellenlängenbereich, um sie zu entdecken und zu ermitteln, woraus sie besteht“, betont Hu in einer Nasa-Mitteilung.

Nasa-Weltraumteleskop untersucht Super-Erden

Es ist jedoch auch möglich, dass der Exoplanet tatsächlich nicht in einer gebundenen Rotation steckt, sondern möglicherweise doch einen Tag- und Nacht-Zyklus hat. Dieser Frage soll das „Webb“-Teleskop ebenfalls auf den Grund gehen.

Dazu beobachten Forschende mehrere Umläufe des Planeten um seinen Stern. In diesem Szenario könnte die Oberfläche durch die Hitze schmelzen und tagsüber sogar verdunsten und eine sehr dünne Atmosphäre bilden. Abends könnte der Dampf dann wieder abkühlen und in Form von Lavatropfen kondensieren, die zurück zur Erde fallen und nachts wieder fest werden, heißt es bei der Nasa. Welches Szenario das Weltraumteleskop „Webb“ auch bestätigen wird: Die Forschenden werden etwas über die Planeten-Vielfalt in der Milchstraße lernen – und möglicherweise auch über die Evolution von Gesteinsplaneten. (tab)