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Neue JWST-Daten verengen die Suche nach einer Atmosphäre auf TRAPPIST-1e
Der erdgroße Exoplanet TRAPPIST-1e, der etwa 40 Lichtjahre entfernt liegt, hat dank Beobachtungen mit dem James Webb Space Telescope (JWST) der NASA seine ersten detaillierten Hinweise auf eine mögliche Atmosphäre geliefert. Der Planet umkreist den roten Zwerg TRAPPIST-1 innerhalb der habitablen Zone, in der Oberflächentemperaturen prinzipiell flüssiges Wasser erlauben könnten — jedoch nur, wenn eine Atmosphäre vorhanden ist, die die Temperaturen mäßigt.
Der erdgroße Exoplanet TRAPPIST-1e, dargestellt unten rechts, steht als Silhouette vor seinem aktiven Stern, während er in dieser Künstlerdarstellung des TRAPPIST-1-Systems vor dem Stern vorbeizieht. Credit: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)
Wie die Beobachtungen durchgeführt wurden und warum sie wichtig sind
Forscher nutzten JWSTs Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec), um vier Transits von TRAPPIST-1e zu beobachten und hochpräzise Spektren zu sammeln, während der Planet vor seinem Stern vorbeizog. Bei der Transit-Spektroskopie wird Sternlicht durch eine mögliche Atmosphärenschicht gefiltert und erzeugt wellenlängenabhängige Absorptionsmerkmale; wiederholte Transits verbessern das Signal und helfen, molekulare Signaturen wie Wasserdampf, Kohlendioxid oder Wasserstoff zu identifizieren.
Die Ergebnisse, veröffentlicht am 8. September 2025 in den Astrophysical Journal Letters — von einem internationalen Team, zu dem Wissenschaftler der University of Bristol, des MIT und des Space Telescope Science Institute gehören — schließen mehrere Szenarien aus, lassen aber andere offen. Die Daten schließen eine primordial wasserstoffdominierte Hülle stark aus, liefern jedoch noch keinen endgültigen Nachweis für eine dichte sekundäre Atmosphäre.
Wesentliche Ergebnisse: kein Primärwasserstoff, Hinweise auf sekundäre Atmosphäre
Primordialatmosphäre ausgeschlossen
Analysen legen nahe, dass TRAPPIST-1e die leichte Wasserstoff-Helium-Hülle, mit der er möglicherweise entstanden ist, nicht mehr besitzt. Die stellare Aktivität des roten Zwergs — einschließlich häufiger Flares und energiereicher Strahlung — dürfte leichte Gase früh in der Geschichte des Planeten abgetragen haben. Wie Koautor Dr. David Grant anmerkt, schließen die Beobachtungen eine dicke, wasserstoffreiche Primäratmosphäre für den Planeten e weiter aus.
Mögliche sekundäre Atmosphäre und Treibhausfolgen
Das Fehlen einer Primärhülle lässt die Möglichkeit einer schwereren sekundären Atmosphäre offen, die aus Molekülen wie Kohlendioxid, Wasserdampf oder Stickstoff bestehen könnte. Modellrechnungen unter Leitung von Dr. Ana Glidden deuten darauf hin, dass eine CO2-dominierte Atmosphäre wie bei der Venus unwahrscheinlich ist, doch moderate CO2-Mengen könnten in manchen Szenarien einen Treibhauseffekt erzeugen, der stabiles flüssiges Wasser erlaubt. Auf einem gezeitengebundenen Planeten wie TRAPPIST-1e — mit einer permanenten Tag- und Nachtseite — könnte moderates Treibhausklima einen globalen Ozean oder lokal begrenzte Schmelzgebiete umgeben von Eis ermöglichen.
Dr. Hannah Wakeford, die am Design des JWST-Beobachtungsprogramms mitgewirkt hat, betont, dass die neuen Infrarotdaten frühere Hubble-Messungen verfeinern und beispiellose Details zu den atmosphärischen Möglichkeiten des Planeten liefern, zugleich aber hervorhebt, dass einige Szenarien erst mit zusätzlichen Daten unterscheidbar werden.
Nächste Schritte: weitere Transits und vergleichende Planetenstudien
Geplante Folgebeobachtungen umfassen zusätzliche JWST-Messungen von TRAPPIST-1e sowie vergleichende Spektroskopie benachbarter Planeten desselben Systems, insbesondere des heißeren inneren Planeten TRAPPIST-1b. Der Vergleich von Spektren mehrerer Planeten wird helfen, stellare Aktivitätssignale von echten atmosphärischen Merkmalen zu trennen und einzuschränken, wie Atmosphären unter intensiver Bestrahlung durch rote Zwerge evolvieren.
Der leitende Forscher Dr. Néstor Espinoza kommentiert, dass Webbs Infrarotempfindlichkeit Details offenbart, die bei erdgroßen Exoplaneten zuvor nicht zugänglich waren, und dass die ersten vier Transits nur den Beginn einer größeren Kampagne darstellen.
Fachliche Einschätzung
Dr. Elena Martínez, Astrophysikerin mit Schwerpunkt Exoplanetenatmosphären, ergänzt: „Der Ausschluss einer wasserstoffreichen Primäratmosphäre ist ein wichtiger Schritt zur Eingrenzung. Übrig bleibt eine plausible Bandbreite sekundärer Atmosphären, die flüssiges Wasser erlauben könnten, doch zur Bestätigung einzelner Szenarien sind weitere Transits und eine sorgfältige Behandlung stellarer Kontamination nötig. JWST gibt uns in den kommenden Jahren das spektrale Instrumentarium, um das zu leisten.“
Fazit
Die JWST-Beobachtungen haben unser Verständnis von TRAPPIST-1e vorangebracht, indem sie eine primordial wasserstoffreiche Hülle ausschließen und mögliche Signale offenbaren, die zu einer schwereren sekundären Atmosphäre passen. Obwohl die Daten noch keine endgültige Bestätigung einer Atmosphäre oder von Oberflächenozeanen liefern, schränken sie die plausiblen Szenarien deutlich ein und priorisieren Folgebeobachtungen. Fortgesetzte Transit-Spektroskopie mit JWST und vergleichende Studien anderer TRAPPIST-1-Planeten werden entscheidend sein, um zu klären, ob diese nahegelegene erdgroße Welt Bedingungen für flüssiges Wasser und damit potenziell für Bewohnbarkeit bewahren kann.
Quelle: scitechdaily
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