Welche Welten lebensfreundlicher als die Erde sind
Anfang 2027 will die Europäische Weltraumorganisation ESA das Weltraumteleskop Plato ins All schicken, um nach Gesteinsplaneten außerhalb unseres Sonnensystems zu suchen. Dabei rücken neben klassischen Doppelgängern der Erde verstärkt sogenannte superhabitable Welten in den Fokus, die für biologische Prozesse günstigere Voraussetzungen als unser Heimatplanet bieten könnten.
Dieser Strategiewechsel hängt auch mit Ernüchterungen der vergangenen Jahre zusammen, nachdem Untersuchungen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop zahlreiche nahe Gesteinsplaneten um kleine, kühle Rote Zwerge (sogenannte M-Zwerge) näher analysiert haben. Wie eine im Wissenschaftsmagazin Nature veröffentlichte Studie unter Leitung des Astrophysikers Thomas Greene vom Ames Research Center der US-Raumfahrtbehörde Nasa am Beispiel des Planeten Trappist-1b zeigt, haben Strahlungsausbrüche dieser Sterne die Atmosphären der eng kreisenden Planeten oft vollständig abgetragen.
ESA-Weltraumteleskop Plato und K-Zwerge: Warum die Erde kein Idealmaß ist
Statt auf Rote Zwerge oder kurzlebigere sonnenähnliche Sterne richten Astronom:innen ihre Instrumente zunehmend auf sogenannte K-Zwerge, also orangefarbene Sterne, die etwas kühler und masseärmer als unsere Sonne sind. Wie die New York Times berichtet, bezeichnet die Planetenforscherin Johanna Teske von der Carnegie Institution for Science in der US-Hauptstadt Washington, D.C. diese Sternklasse als einen günstigen Mittelweg für die Beobachtung.
Während unsere Sonne ihren Wasserstoffvorrat nach insgesamt rund zehn Milliarden Jahren verbraucht haben wird, verbrennen K-Zwerge ihren Kernbrennstoff so langsam, dass sie über Dutzende Milliarden Jahre hinweg gleichmäßig leuchten. Auf der Erde hingegen wird es durch die zunehmende Leuchtkraft der Sonne bereits in rund 500 Millionen Jahren zu heiß für komplexe Pflanzen und Tiere, zumal unser Planet ohnehin nah am inneren Rand der habitablen Zone kreist, also jenem Abstandsbereich um einen Stern, in dem flüssiges Wasser auf der Oberfläche existieren kann.
Dass sich die Raumfahrt dennoch lange auf die Suche nach einem Erdzwilling konzentrierte, führt der Astrophysiker René Heller vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung im niedersächsischen Göttingen gegenüber der New York Times auf eine menschheitszentrierte Sichtweise zurück: „Natürlich ist die Erde für uns etwas Besonderes. Aber warum sollte die Erde aus einer universellen Perspektive die Referenz sein?“ Gemeinsam mit dem Physiker John Armstrong von der Weber State University in Ogden im US-Bundesstaat Utah legte Heller bereits 2014 in einer im Fachjournal Astrobiology veröffentlichten Arbeit dar, welche Eigenschaften ein Planet aufweisen müsste, um eine größere Artenvielfalt als die Erde hervorzubringen.
Supererden um K-Zwerge: Schwerkraft, Atmosphäre und Schattenseiten
Nach diesen Modellen wäre eine solche Welt eine sogenannte Supererde mit etwa der doppelten Masse und einem um 20 bis 30 Prozent größeren Durchmesser als unser Planet. Durch die um rund 30 Prozent höhere Schwerkraft flachen hohe Gebirge und tiefe Ozeangräben ab, sodass eine Welt mit vielen flachen Meeren und Inselketten entsteht, während ein größerer Eisenkern ein stärkeres Magnetfeld gegen kosmische Strahlung aufbaut.
In einer 2020 ebenfalls im Fachblatt Astrobiology publizierten Untersuchung grenzte ein Team um den Astrobiologen Dirk Schulze-Makuch von der Technischen Universität Berlin gemeinsam mit Heller zudem 24 mögliche Planetenkandidaten ein und bezifferte die günstigste globale Durchschnittstemperatur auf etwa fünf Grad Celsius oberhalb des irdischen Mittelwerts. Allerdings hat das Konzept auch Kehrseiten: Keiner der 24 Kandidaten ist bislang zweifelsfrei bestätigt, alle liegen mehr als 100 Lichtjahre entfernt, und eine noch größere Masse würde schnell zu einem hohen Atmosphärendruck führen oder den Gesteinsplaneten in einen lebensfeindlichen Mini-Neptun mit dichter Gashülle verwandeln.
Photosynthese im Labor und die Grenzen künftiger Teleskope
Ob irdische Organismen mit dem rötlicheren Lichtspektrum eines K-Zwergs überhaupt auskommen, prüfte ein Team um die Astrobiologin Iva Vilović, die heute am Leibniz-Institut für Astrophysik im brandenburgischen Potsdam forscht, im Jahr 2024 in einer im International Journal of Astrobiology veröffentlichten Studie. Unter simuliertem K-Zwerg-Licht keimte gewöhnliche Gartenkresse zwar schneller und wuchs höher als unter künstlichem Sonnenlicht, wies am Ende jedoch einen höheren Wasseranteil und eine geringere Trockenmasse auf, weil der höhere Rotlichtanteil vor allem das Längenwachstum der Stängel anregte.
Ob solche Welten in unserer kosmischen Nachbarschaft tatsächlich existieren, soll ab März 2027 zunächst die ESA-Mission Plato klären, an deren Vorbereitung auch Heller in Göttingen beteiligt ist. Gegenüber der New York Times dämpft der Wissenschaftler jedoch zu hohe Erwartungen: „Wir werden wahrscheinlich einige von ihnen finden – vielleicht ein Dutzend. Aber wir werden noch nicht viel über sie erfahren.“