Eng um ihre Sterne kreisende Gesteinsplaneten sind nicht nur extremer Hitze ausgesetzt, die intensive Strahlung des Sterns zerstört im Laufe der Zeit auch ihre Atmosphäre – die Gase werden photochemisch zersetzt und ins All hinausgerissen. Als Folge sind solche Exoplaneten mit ultrakurzen Umlaufperioden meist heiße, karge Felswelten ohne Gashülle. Einige heizen sich sogar so stark auf, dass ihre Oberfläche von einem Lavaozean bedeckt ist.
“Gängige Modelle legen nahe, dass starker Strahlung ausgesetzte Supererden keine Gashüllen mehr besitzen können“, erklären Samuel Boucher von der Universität Montreal und seine Kollegen. Daten des James-Webb-Weltraumteleskops schienen dies bisher zu bestätigen. So zeigen auch die innersten Planeten des nahen Zwergsterns TRAPPIST-1 keine Spur einer Atmosphäre.
Ein Lavaplanet mit ungewöhnlichen Eigenschaften
Umso erstaunlicher ist ein Exoplanet, der dieser Regel zu widersprechen scheint. Die Supererde TOI-561 b umkreist einen rund 280 Lichtjahre entfernten, sonnenähnlichen Stern in extrem kurzem Abstand. Für einen Umlauf benötigt dieser Gesteinsplanet mit dem 1,4-fachen Erdradius nicht einmal einen halben Tag. Entsprechend heiß ist seine wahrscheinlich von glühender Lava bedeckte Oberfläche. Für die Tagseite ergaben Messungen fast 2000 Grad.
Das Merkwürdige jedoch: Damit ist die Tagseite dieses in gebundener Rotation kreisenden Lavaplaneten deutlich kühler als sie angesichts des nahen Sterns sein dürfte. Ein hüllenloser, von dunkler Lava bedeckter Planet müsste sich deutlich stärker aufheizen. Gleichzeitig ist auch die Dichte dieses Lavaplaneten geringer als für einen atmosphärelosen Gesteinsplaneten erwartet: Mit rund 4,3 Gramm pro Kubikzentimeter liegt sie unter der Dichte unserer Erde.
Was steckt hinter diesen Anomalien? Auf der Suche nach einer Erklärung haben Boucher und sein Team nun TOI-561 b erstmals mithilfe des James-Webb-Teleskops über längere Zeit ins Visier genommen. Sie verfolgten fast vier vollständige Umläufe des Planeten um seinen rund zehn Milliarden Jahre alten Stern und konnten so erstmals Daten auch über die Nachtseite des Lavaplaneten gewinnen.
Umverteilung der Hitze und überraschend hohe Albedo
Die Messungen enthüllten Überraschendes: Auch die Nachtseite von TOI-561 b ist mit gut 800 Grad deutlich kühler als sie sein dürfte. Den Daten zufolge muss der Lavaplanet rund zwei Drittel der von seinem Stern auftreffenden Strahlung reflektieren, statt sie zu absorbieren. Seine Albedo liegt den Messungen zufolge bei rund 60 Prozent. Dies ist extrem ungewöhnlich, denn die dunklen Lavaoberflächen solcher Planeten reflektieren normalerweise kaum Licht, wie Boucher und seine Kollegen erklären.
Wie aber sind die zu geringe Temperatur und hohe Albedo des Lavaplaneten dann zu erklären? Nach Ansicht der Astronomen kommt hierfür nur eine Erklärung in Frage: TOI-561 b muss eine Atmosphäre besitzen. Sie könnte einen Teil der Tagseitenhitze auf die Nachtseite ableiten und den Planeten gleichzeitig vor der Strahlung abschirmen. „Diese Entdeckung stellt bisherige Theorien infrage. Wir hätten erwartet, dass ein stark bestrahlter Gesteinsplanet wie TOI-561 b seine Atmosphäre bereits vor Milliarden von Jahren verloren hat“, sagt Co-Autorin Anjali Piette von der University of Birmingham. Doch alles spricht dafür, dass der Lavaplanet trotzdem noch eine dichte Gashülle besitzt.
Auf der Suche nach dem Grund für die hohe Albedo von TOI-561 b nutzten die Astronomen Simulationen, um verschiedene atmosphärische Zusammensetzungen durchzutesten. Im Fokus stand dabei das Verhalten der aus dem Lavaozean aufsteigenden Gase.
Mineralische Wolken als Sonnenschutz
Die Simulationen ergaben: Die hohe Albedo des Lavaplaneten könnte auf eine Schicht reflektierender Wolken zurückgehen. „Unserem Modell zufolge könnten sich verschiedene Wolkenarten auf der Tagseite bilden, darunter Wolken aus Magnesiumsilikat und Siliziumdioxid“, berichten die Astronomen. Auch auf der Nachtseite wäre eine hohe Wolkendecke aus Siliziumdioxid möglich. Solche mineralischen Wolken streuen Strahlung zurück und können daher wie ein Sonnenschutz wirken.
Der Lavaplanet TOI-561 b besitzt demnach trotz der extremen Nähe zu seinem Stern eine dichte Atmosphäre mit mineralischen Wolken – eine bisher für unmöglich gehaltene Kombination für einen Gesteinsplaneten. „Dies stellt unsere Vorstellungen der Planetenentwicklung vor ein Rätsel“, schreiben Boucher und sein Team. „Denn gängigen Theorien zufolge dürften solche stark bestrahlten Supererden keinerlei flüchtige Hüllen aufweisen – was im Widerspruch zu unserem Ergebnis steht.“
Widerspruch zur Theorie bisher nicht erklärbar
Bisher wissen auch die Astronomen nicht, warum ausgerechnet dieser heiße Gesteinsplanet dem Verlust seiner Atmosphäre entgehen konnte. Theoretisch gäbe es jedoch mehrere Erklärungsmöglichkeiten. Demnach könnte der Planet als gasreicher Sub-Neptun entstanden sein und zumindest einen Teil seiner ursprünglich noch dickeren Gashülle behalten haben, wie das Team erklärt. Denkbar wäre auch, dass Lavaozeane wie der von TOI-561 b mehr Gase abgeben als gedacht und solche sekundären Atmosphären stabiler sind als es Modelle vorhersagen.
Eine weitere Möglichkeit: „TOI-561 b könnte ursprünglich weiter außen entstanden und erst vor kurzem in seinen jetzigen Orbit gelangt sein“, erklären Boucher und seine Kollegen. Dadurch könnte die Supererde der besonders starken Röntgen- und UV-Strahlung in der Anfangszeit ihres Sterns entgangen sein. „Warum TOI561 b eine Atmosphäre hat, könnte aber auch auf eine Kombination mehrerer dieser Faktoren zurückgehen“, betonen die Astronomen.
Damit bleibt das Rätsel um den Lavaplaneten TOI-561 b vorerst ungelöst. Boucher und seine Kollegen wollen den Exoplaneten deshalb als Nächstes im mittleren Infrarot mit dem James-Webb-Teleskop untersuchen. „Beobachtungen des Planeten bei längeren Wellenlängen könnten uns neue Erkenntnisse liefern und dabei helfen zu erklären, wie ein derart heißer Planet seine Atmosphäre über Milliarden von Jahren hinweg bewahren konnte“, sagt Bouchers Kollegin Lisa Dang.
Quelle: Samuel Boucher (Universität Montreal) et al., The Astronomical Journal, 2026; doi: 10.3847/1538-3881/ae9763
