In einer Entwicklung, die jeden, der jemals einen Sci-Fi-Film gesehen hat, leicht überraschen wird, haben Astronomen eine Atmosphäre um einen erdähnlichen Gesteinsplaneten in der habitablen Zone eines anderen Sterns entdeckt. Die am 16. Juli in Science veröffentlichte Erkenntnis liefert den bislang stärksten Beweis dafür, dass Planeten mit grob erdähnlichen Temperaturen und Gesteinszusammensetzungen jenseits unseres Sonnensystems existieren könnten – und, na ja, möglicherweise Leben beherbergen.

„Eine Atmosphäre ist essenziell für einen Planeten, um Leben, wie wir es kennen, zu unterstützen“, sagte Hauptautor Collin Cherubim, der kürzlich seinen Ph.D. in Erd- und Planetenwissenschaften an der Harvard University erworben hat. „Dies ist das erste Mal, dass jemand eine Atmosphäre auf einem Gesteinsplaneten in der habitablen Zone eines anderen Sterns gefunden hat.“

Der betreffende Planet ist LHS 1140 b, ein Gesteins-Exoplanet, der etwa 48 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Er umkreist einen Roten Zwergstern innerhalb dessen habitabler Zone – jener Goldlöckchen-Region, in der Temperaturen flüssiges Wasser an der Oberfläche ermöglichen könnten. Der Nachweis erfolgte durch Beobachtungen von Helium, das vom Planeten entweicht, eingefangen mit dem Warm Infrared Echelle (WINERED) Spektrographen am Magellan-Observatorium in Chile.

Wissenschaftler haben Tausende von Exoplaneten identifiziert, darunter mehrere Gesteinswelten in habitablen Zonen, aber zu bestätigen, ob diese Planeten Atmosphären haben, war eine der nervigsten Herausforderungen in der Exoplanetenforschung. „Vor zwanzig Jahren fragten wir uns, ob andere terrestrische Planeten überhaupt existieren“, sagte Robin Wordsworth, Gordon McKay Professor für Umweltwissenschaften und Ingenieurwesen an der Harvard University und einer von Cherubims Dissertationsberatern. „Dann erfuhren wir, dass sie häufig sind, und fanden einige in der habitablen Zone. Die nächste Frage war, ob es irgendeiner von ihnen geschafft hatte, eine Atmosphäre zu behalten. Jetzt wissen wir, dass mindestens einer es hat.“

Cherubim und seine Kollegen entwickelten ein theoretisches Modell, das vorhersagte, dass die obere Atmosphäre von LHS 1140 b große Mengen an Helium enthalten würde, das langsam in den Weltraum entweicht. Sie testeten diese Vorhersage während eines ungewöhnlichen Ereignisses, bei dem LHS 1140 b und ein anderer Planet in derselben Nacht vor ihrem Stern vorbeizogen. Der zweite Planet zeigte kein Anzeichen einer Atmosphäre. LHS 1140 b jedoch lieferte ein klares Signal von entweichendem Helium – ein Beweis dafür, dass er noch eine Atmosphäre besitzt.

Cherubims gemeinsamer Betreuer David Charbonneau, Leiter der Harvard-Abteilung für Astronomie, bezweifelte zunächst, ob der Plan erfolgreich sein würde. „Collin analysierte die uns bekannten Planeten und sagte voraus, dass dieser eine Heliumatmosphäre haben würde“, sagte Charbonneau. „Dann organisierte er Teleskopzeit, bekam die Daten, und der Nachweis war statistisch felsenfest.“

Die Entdeckung deutet darauf hin, dass Astronomen die Atmosphären von Gesteins-Exoplaneten vom Boden aus untersuchen könnten, indem sie nach Gasen suchen, die in den Weltraum entweichen. Astronomen schätzen, dass die Atmosphäre von LHS 1140 b seit mehr als drei Milliarden Jahren überlebt hat, was sie zu einem besonders vielversprechenden Ziel für weitere Beobachtungen macht. Cherubim hofft, die vollständige chemische Zusammensetzung der Atmosphäre zu identifizieren und schließlich festzustellen, ob der Planet Ozeane an der Oberfläche oder andere habitabilitätsfördernde Merkmale aufweist. Er und seine Kollegen planen auch, das Modell zu nutzen, um nach weiteren Gesteinswelten mit Atmosphären zu suchen. „Dies war eine Modellvalidierung, und hoffentlich ist es nur die erste von vielen weiteren Beobachtungen, die kommen werden“, sagte er.