Exoplaneten sind keine Wasserwelten

Ein Exoplanet, der 124 Lichtjahre von der Erde entfernt um einen Zwergstern kreist, machte im April 2025 weltweit Schlagzeilen. Forschende der Universit?t Cambridge, Grossbritannien, berichteten, dass es sich beim Planeten K2-18b um eine Wasserwelt mit einem tiefen, globalen Ozean voller Leben handeln k?nnte. Doch nun zeigt eine Studie, dass sogenannte Sub-Neptune wie K2-18b mit hoher Wahrscheinlichkeit keine von Wasser dominierten Welten sind und dort kaum lebensfreundliche Bedingungen herrschen. ?Wasser auf Planeten ist viel begrenzter vorhanden als bisher angenommen?, sagt Caroline Dorn, Professorin f¨¹r Exoplaneten an der ETH Z¨¹rich.

Die Studie wurde unter Leitung der ETH Z¨¹rich gemeinsam mit Forschenden des Max-Planck-Instituts f¨¹r Astronomie in Heidelberg und der University of California in Los Angeles durchgef¨¹hrt. K2-18b ist gr?sser als die Erde, aber kleiner als Neptun und geh?rt damit zu einer Klasse von Planeten, die in unserem Sonnensystem fehlen. Draussen im All aber kommen sie h?ufig vor, wie Beobachtungen zeigen. Manche dieser Sub-Neptune wurden vermutlich weit entfernt von ihrem Zentralstern gebildet ¨C jenseits der sogenannten Schneelinie, wo Wasser zu Eis gefriert ¨C und wanderten sp?ter nach innen. 

Bisher nahm man an, dass einige dieser Planeten w?hrend ihrer Entstehung besonders viel Wasser ansammeln konnten und heute unter einer wasserstoffreichen Atmosph?re globale, tiefe Ozeane beherbergen. Die Fachleute sprechen von Hycean-Planeten ¨C eine Kombination aus ?Hydrogen? f¨¹r Wasserstoff und ?Ocean? f¨¹r Ozean.

Die Chemie ber¨¹cksichtigen

?Unsere Berechnungen zeigen, dass dieses Szenario nicht m?glich ist?, sagt Dorn. Denn eine grundlegende Schw?che von bisherigen Studien war, dass sie jegliche chemische Kopplung zwischen der Atmosph?re und dem Inneren des Planeten ausser Acht liessen. ?Wir haben nun die Interaktionen zwischen dem Planeteninnern und der Atmosph?re ber¨¹cksichtigt?, erkl?rt Aaron Werlen, Forscher in Dorns Team und Erstautor der Studie, die in der Zeitschrift The Astrophysical Journal Letters erschienen ist.

Die Forschenden nehmen an, dass die Sub-Neptune in einer fr¨¹hen Bildungsphase einen Zustand durchliefen, in dem sie von einem tiefen, heissen Magma-Ozean bedeckt waren. Dar¨¹ber sorgte eine H¨¹lle aus Wasserstoffgas daf¨¹r, dass diese Phase ¨¹ber Jahrmillionen erhalten blieb.

?In unserer Studie haben wir untersucht, wie sich die chemischen Wechselwirkungen von Magma-Ozean und Atmosph?re auf den Wassergehalt junger Sub-Neptun-Exoplaneten auswirkt?, sagt Werlen.

Dazu verwendeten die Forschenden ein bestehendes Modell, das die Planetenentwicklung ¨¹ber einen bestimmten Zeitraum beschreibt. Dieses kombinierten sie mit einem neuen Modell, das die chemischen Prozesse berechnet, die zwischen dem Gas in der Atmosph?re und den Metallen und Silikaten im Magma ablaufen. 

Wasser verschwindet im Innern

Die Forschenden berechneten den chemischen Gleichgewichtszustand von 26 verschiedenen Komponenten f¨¹r insgesamt 248 Modell-Planeten. Die Computersimulationen zeigten, dass die chemischen Prozesse die meisten H₂O-Wassermolek¨¹le zerst?ren. Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O) lagern sich an metallische Verbindungen an, und diese verschwinden zu einem grossen Teil im Planetenkern. 

Auch wenn die Genauigkeit solcher Berechnungen an Grenzen st?sst, sind die Forschenden von den Resultaten ¨¹berzeugt. ?Wir fokussieren uns auf die grossen Trends und sehen in den Simulationen klar, dass die Planeten viel weniger Wasser haben, als sie urspr¨¹nglich ansammelten?, erkl?rt Werlen: ?Das Wasser, das tats?chlich als H₂O an der Oberfl?che vorhanden bleibt, ist auf maximal einige Prozente begrenzt.? 

Bereits in einer fr¨¹heren Ver?ffentlichung konnte Dorns Gruppe zeigen, wie sich das meiste Wasser eines Planeten im Innern versteckt. ?Bei der jetzigen Studie haben wir analysiert, wie viel Wasser im Ganzen auf diesen Sub-Neptunen vorkommt?, erkl?rt die Wissenschaftlerin: ?Den Berechnungen zufolge gibt es keine fernen Welten mit massiven Wasserschichten, in denen Wasser rund 50 Prozent der Planetenmasse ausmacht, wie man bisher dachte. Hycean-Welten mit 10 bis 90 Prozent Wasser sind daher sehr unwahrscheinlich.? 

Damit gestaltet sich die Suche nach ausserirdischem Leben schwieriger als erhofft. Denn lebensfreundliche Bedingungen mit gen¨¹gend fl¨¹ssigem Wasser an der Oberfl?che gibt es wahrscheinlich nur auf kleineren Planeten, die wohl erst mit noch besseren Observatorien als dem James-Webb-Weltraumteleskop zu beobachten sein werden.

Die Erde ist kein Spezialfall

Besonders spannend hingegen findet Dorn die Rolle unserer Erde im Hinblick auf die neuen Berechnungen. Diese zeigen, dass die meisten fernen Welten ?hnliche Wasseranteile haben wie unser Planet. ?Die Erde ist vielleicht gar nicht so aussergew?hnlich, wie wir meinen. In unserer Studie erscheint sie jedenfalls als typischer Planet?, sagt sie. 

Erstaunt hat die Forschenden zudem ein scheinbar paradoxer Unterschied: Die Planeten mit den wasserreichsten Atmosph?ren sind nicht etwa diejenigen, welche jenseits der Schneelinie am meisten Eis angesammelt haben, sondern Planeten, die innerhalb der Schneelinie entstanden sind. Hier lieferten nicht die Eiskristalle das Wasser, sondern es wurde chemisch produziert, indem Wasserstoff in der Planetenatmosph?re mit Sauerstoff aus den Silikaten des Magma-Ozeans reagierte und H₂O-Molek¨¹le entstanden.

?Diese Erkenntnisse stellen den klassischen Zusammenhang zwischen eisreicher Entstehung und wasserreichen Atmosph?ren in Frage. Sie unterstreichen stattdessen die dominante Rolle des Gleichgewichts zwischen Magma-Ozean und Atmosph?re bei der Bildung der Planeten-Zusammensetzung?, bilanziert Werlen. Dies werde sich weitreichend auf Theorien zur Planetenentstehung sowie auf die Interpretation der Atmosph?ren von Exoplaneten im Zeitalter des James-Webb-Teleskops auswirken.