Im August 2022 gab ein Team um Charles Cadieux die Entdeckung von TOI-1452b bekannt. Einen Exoplaneten, der zu fast einem Drittel aus Wasser bestehen könnte. „Einer der besten Kandidaten für einen Ozeanplaneten", sagten sie damals. Klingt nach Urlaubsziel. Ist es nicht. Wer hier schwimmen geht, wird nass. Und dann zerquetscht. Oder von einem Sternenflügel verbrannt. Oder er ertrinkt in einer Atmosphäre, die es gar nicht geben sollte.
Ein Planet, der aus zwei Sternen nicht schlau wurde#
Die Geschichte von TOI-1452b beginnt mit einem Missverständnis. Das TESS-Weltraumteleskop der NASA entdeckte alle 11,1 Tage ein periodisches Abdunkeln eines Lichtpunkts im Sternbild Drache. Das klassische Signal eines transitierenden Planeten. Problem: Der Lichtpunkt war gar kein Stern. Es waren zwei.
TOI-1452 ist ein Doppelsternsystem, etwa 100 Lichtjahre entfernt. Zwei Rote Zwerge, die einander in einem Abstand von 97 Astronomischen Einheiten umkreisen. Das ist etwa das Zweieinhalbfache der Entfernung zwischen Sonne und Pluto. Für TESS sahen sie aus wie ein einziger Lichtfleck, weil ihre Himmelsprojektion nur 3,2 Bogensekunden auseinanderlag.
Erst Beobachtungen mit dem Observatoire du Mont-Mégantic in Quebec und dem SPIRou-Spektropolarimeter am Canada-France-Hawaii Telescope klärten die Situation: Der Planet gehört zum helleren der beiden Zwergsterne. Ein Team um den japanischen Forscher Akihiko Fukui bestätigte die Zuordnung später unabhängig.
Der Planet selbst ist eine Supererde. 1,67-mal so groß wie die Erde, 4,82-mal so massereich. Mit einer Dichte von 5,6 g/cm³ ist er deutlich leichter, als man für einen reinen Gesteinsplaneten erwarten würde.
Was man von der Dichte lernen kann#
Niedrige Dichte bei einem Planeten dieser Größe bedeutet: Entweder hat er einen Haufen Wasser, eine dicke Gasatmosphäre, oder ihm fehlt der Eisenkern. Die Forscher schlossen die dritte Option schnell aus. „Einen im Vergleich zu seinem Stern so eisenarmen Planeten zu bilden, ist schwierig", schreiben sie im Paper. Das widerspräche gängigen Modellen der Planetenentstehung.
Bleiben zwei Möglichkeiten: Wasserwelt oder Mini-Neptun. Die Masse-Radius-Daten allein können das nicht entscheiden. Erst die Kombination mit der Sternchemie erlaubte eine Modellrechnung. Cadieux’ Team maß die Häufigkeit von Eisen, Magnesium und Silizium im Mutterstern mit SPIRou. Ergebnis: Ein Wassermassenanteil von 22 Prozent, plus/minus 13. Ein Gesteinskern von 18 Prozent. Das ist im Rahmen der Unsicherheiten verträglich mit bis zu 30 Prozent Wasser.
Die Temperatur hilft bei der Einordnung. Die Gleichgewichtstemperatur liegt bei etwa 53 Grad Celsius. Ein Planet mit dicker Wasserstoffhülle müsste deutlich wärmer sein oder zumindest andere thermische Eigenschaften zeigen als ein wasserbedeckter Körper. Ein Ozeanplanet ist wahrscheinlicher.
Schwimmen sieht anders aus#
Dieser Ozean wäre anders als alles, was wir auf der Erde kennen. Kein Strand, kein Meeresboden in Sichtnähe, keine Insel. Wenn TOI-1452b tatsächlich zu 30 Prozent aus Wasser besteht, wäre der Ozean hunderte Kilometer tief. Das Wasser an der Oberfläche, bei 53 Grad, wäre zwar flüssig. Aber das ist nur die Oberseite einer kilometerdicken, völlig lichtlosen Wassersäule.
Der Druck in der Tiefe wäre enorm. Schon in zehn Kilometern Tiefe würden wir Werte erreichen, die jedes irdische U-Boot zerlegen. Weiter unten, irgendwo zwischen Kern und Oberfläche, bildet das Wasser exotische Hochdruck-Eisphasen. Eis VII, Eis X. Diese bleiben bei Raumtemperatur fest, weil der Druck sie zusammenzwingt. Kein Ozean im irdischen Sinn. Sondern ein Übergang von flüssigem Wasser zu einem glühend heißen Gesteinskern, getrennt durch eine Schicht aus Eis, das flüssig aussieht, aber keins ist. Die Erde hat einen flüssigen Kern. TOI-1452b hätte einen flüssigen Mantel aus Wasser und darunter einen Kern aus wasseruntypischem Feststoff.
Dazu kommt die Strahlung. Der Mutterstern ist ein Roter Zwerg. Ein Stern, der regelmäßig Fackeln ausstößt, die seine Helligkeit innerhalb von Minuten verdoppeln können. TOI-1452b umkreist ihn auf 0,061 AE. Das sind etwa sechs Prozent der Entfernung Erde-Sonne. Ein Fackelereignis in dieser Distanz bedeutet: harte Röntgen- und UV-Strahlung, die die Atmosphäre eines Planeten innerhalb von Millionen Jahren abtragen kann. Wenn TOI-1452b eine Atmosphäre hat, muss er sie ständig nachliefern. Oder er hat nie eine gehabt.
Was JWST bisher nicht zeigen konnte#
TOI-1452b ist das, wofür das James-Webb-Weltraumteleskop eigentlich gebaut wurde. Der Planet liegt in Webbs nördlicher Continuous Viewing Zone. Er ist fast das ganze Jahr über beobachtbar. Die Transmission Spectroscopy Metric ist vergleichbar mit LHS 1140b und K2-18b, zwei anderen Supererden, die JWST bereits unter die Lupe genommen hat.
Bislang gibt es keine veröffentlichten JWST-Daten zu TOI-1452b. Das Team um Cadieux kündigte 2022 an, Beobachtungszeit beantragen zu wollen. Ob die Daten inzwischen vorliegen und nur nicht ausgewertet sind, oder ob die Beobachtungszeit noch nicht vergeben wurde. Öffentlich ist nichts. Die Spannung bleibt.
Dabei wäre die Antwort auf die Frage „Wasserwelt oder Mini-Neptun?" eigentlich simpel. Ein Infrarotspektrum würde Wasserdampf zeigen, wenn es eine Atmosphäre gibt. Und eine Flachheit, wenn es keine gibt. Ein reiner Ozeanplanet ohne dichte Hülle hätte praktisch keine spektralen Merkmale. Die Abwesenheit von Signalen wäre das Signal.
Eine blaue Murmel, auf die niemand fliegen will#
TOI-1452b ist faszinierend. Ein Planet, der fast komplett aus Wasser bestehen könnte, in einer Entfernung, die astronomisch gesehen um die Ecke liegt, mit einer Temperatur, die theoretisch flüssiges Wasser erlaubt. „Einer der besten Kandidaten für einen Ozeanplaneten." Das war 2022 die Einschätzung des Entdeckerteams. Daran hat sich nichts geändert.
Aber die Utopie hält der Realität nicht stand. Ein globaler Ozean, dessen Boden aus Hochdruckeis besteht. Eine Oberfläche so warm, dass sie an die heißeste Badewanne erinnert, die man je ertragen hat. Ein Roter Zwerg, der in unregelmäßigen Abständen einen Feuerstrahl durchs System schickt. Und vielleicht hat der Planet gar keinen Ozean. Vielleicht trägt er eine dicke, drückende Wasserstoffatmosphäre, unter der man noch nicht einmal das Wasser sieht.
Die Antwort liegt bei JWST. Solange die Daten nicht vorliegen, bleibt TOI-1452b der beste und zugleich rätselhafteste Wasserwelt-Kandidat, den wir kennen. Wasser, ja. Urlaubsziel, nein.
Quellen#
- Cadieux et al. (2022): TOI-1452 b: SPIRou and TESS reveal a super-Earth in a temperate orbit transiting an M4 dwarf. The Astronomical Journal, 164, 96
- Scinexx: Wasserplanet in der habitablen Zone entdeckt (Nadja Podbregar, 25.08.2022)
- Spektrum der Wissenschaft: TOI-1452 könnte die erste Wasserwelt sein (Daniel Lingenhöhl, 26.08.2022)
- NASA Discovery Alert: Intriguing New ‘Super-Earth’ Could Get a Closer Look (24.08.2022)
- NASA Exoplanet Catalog: TOI-1452 b
- CFHT: Discovery of Ocean World with the CFHT