Der Rote Zwergstern TRAPPIST-1 beherbergt eines der uns am nächsten liegenden extrasolaren Planetensysteme – und das umfangreichste. Denn wie Astronomen 2017 entdeckten, kreisen gleich sieben Gesteinsplaneten um diesen Stern – fünf sind etwa erdgroß, die beiden restlichen sind ein wenig kleiner. Obwohl die sieben TRAPPIST-Planeten damit quasi Erdzwillinge sind, ist ihr System eher eine Miniaturausgabe unseres Sonnensystems. Denn mit Umlaufzeiten zwischen 1,5 und 12,4 Tagen liegen ihre Orbits eng beieinander und sehr dicht am Stern. Weil der Rote Zwerg aber relativ lichtschwach ist, könnten mindestens drei dieser Planeten in der habitablen Zone kreisen – der Zone, in der die Einstrahlung ein gemäßigtes Klima und flüssiges Wasser auf der Planetenoberfläche erlaubt. Umso spannender ist die Frage, ob diese sieben Planeten Atmosphären besitzen und was für welche.
Infraroter Blick auf den zweitinnersten Planeten
An diesem Punkt kommt das James-Webb-Weltraumteleskop ins Spiel: Seine sensiblen Infrarotspektrometer können anhand der von einem Planeten abgestrahlten Wärme zeigen, wie heiß die Planetenoberfläche ist und ob es spektrale Signaturen atmosphärischer Gase gibt. „Das nahegelegene Planetensystem TRAPPIST-1 ist derzeit der beste Kandidat, um die Atmosphären von erdähnlichen Gesteinsplaneten zu untersuchen, die einen roten Zwergstern umkreisen“, erklärt Erstautor Sebastian Zieba vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg. Für den innersten Planeten des Systems, TRAPPIST-1b, gelang dies dem Team bereits: Die Messungen ergaben, dass dieser auf seiner Tagseite rund 238 Grad Celsius heiße Planet wohl keine Gashülle besitzt. Für die aktuelle Messung nahmen die Astronomen nun den zweiten Planeten, TRAPPIST-1c, ins Visier. Er liegt mit seiner über die gesamte Oberfläche gemittelten Gleichgewichtstemperatur etwa zwischen den Temperaturen von Merkur und Venus.
Für ihre Messungen nutzten die Astronomen das Mid-Infrared Instrument (MIRI) des James-Webb-Teleskops, um vier Passagen des Planeten vor seinem Stern einzufangen. Kurz vor und kurz nach der Bedeckung kehrt der Planet den Astronomen seine voll erleuchtete und heiße Tagesseite zu. Deren infrarote Wärmeabstrahlung fügt der Gesamtstrahlung des Sterns ein winziges Bisschen hinzu und kann so verraten, wie heiß es die Tagseite von TRAPPIST-1c ist. Weil dieser Planet in gebundener Rotation kreist und seinem Stern immer die gleiche Seite zukehrt, liefert diese planetare Abstrahlung Hinweise darauf, ob es eine Gashülle gibt, die die Hitze der Tagseite über den Planeten verteilt oder ob dies nicht der Fall ist. Um den wahrscheinlichsten Bereich der atmosphärischen Eigenschaften zu ermitteln, verglich das Team diese Daten mit Modellen verschiedener Atmosphärenzusammensetzungen und -dichten.
