EXTRASOLARE PLANETEN
Wasserwelten sind sehr viel seltener als angenommen
Redaktion / idw / Pressemitteilung der ETH Zürich
astronews.com
18. September 2025

An der Oberfläche von fernen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems gibt es wohl viel weniger Wasser als bisher vermutet. Das macht die Existenz von sogenannten Wasserwelten sehr viel unwahrscheinlicher und die Suche nach Leben deutlich schwieriger. Die Erde hingegen scheint in Bezug auf ihr Wasser relativ normal zu sein.

Künstlerische Darstellung des Exoplaneten K2-18b. Der Planet hat vermutlich eine dicke Gashülle und keinen globalen Ozean. Bild: ESA / Hubble, M. Kornmesser, CC BY 4.0 [Großansicht]

Ein Exoplanet, der 124 Lichtjahre von der Erde entfernt um einen Zwergstern kreist, machte im April 2025 weltweit Schlagzeilen. Forschende der Universität Cambridge in Großbritannien berichteten, dass es sich beim Planeten K2-18b um eine Wasserwelt mit einem tiefen, globalen Ozean voller Leben handeln könnte. 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 für Exoplaneten an der ETH Zürich. Die Studie wurde unter Leitung der ETH Zürich gemeinsam mit Forschenden des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg und der University of California in Los Angeles durchgeführt.

K2-18b ist größer als die Erde, aber kleiner als Neptun und gehört damit zu einer Klasse von Planeten, die in unserem Sonnensystem fehlen. Draußen im All aber kommen sie häufig vor, wie Beobachtungen zeigen. Manche dieser Sub-Neptune wurden vermutlich weit entfernt von ihrem Zentralstern gebildet – jenseits der sogenannten Schneelinie, wo Wasser zu Eis gefriert – und wanderten später nach innen. Bisher nahm man an, dass einige dieser Planeten während ihrer Entstehung besonders viel Wasser ansammeln konnten und heute unter einer wasserstoffreichen Atmosphäre globale, tiefe Ozeane beherbergen. Die Fachleute sprechen von Hycean-Planeten – eine Kombination aus "Hydrogen" für Wasserstoff und "Ocean" für Ozean.

"Unsere Berechnungen zeigen, dass dieses Szenario nicht möglich ist", sagt Dorn. Denn eine grundlegende Schwäche von bisherigen Studien war, dass sie jegliche chemische Kopplung zwischen der Atmosphäre und dem Inneren des Planeten außer Acht ließen. "Wir haben nun die Interaktionen zwischen dem Planeteninnern und der Atmosphäre berücksichtigt", erklärt Aaron Werlen, Forscher in Dorns Team und Erstautor der jetzt vorgestellten Studie. Die Forschenden nehmen an, dass die Sub-Neptune in einer frühen Bildungsphase einen Zustand durchliefen, in dem sie von einem tiefen, heißen Magma-Ozean bedeckt waren. Darüber sorgte eine Hülle aus Wasserstoffgas dafür, dass diese Phase über Jahrmillionen erhalten blieb.

"In unserer Studie haben wir untersucht, wie sich die chemischen Wechselwirkungen von Magma-Ozean und Atmosphäre auf den Wassergehalt junger Sub-Neptun-Exoplaneten auswirkt", sagt Werlen. Dazu verwendeten die Forschenden ein bestehendes Modell, das die Planetenentwicklung über einen bestimmten Zeitraum beschreibt. Dieses kombinierten sie mit einem neuen Modell, das die chemischen Prozesse berechnet, die zwischen dem Gas in der Atmosphäre und den Metallen und Silikaten im Magma ablaufen.

Die Forschenden berechneten den chemischen Gleichgewichtszustand von 26 verschiedenen Komponenten für insgesamt 248 Modell-Planeten. Die Computersimulationen zeigten, dass die chemischen Prozesse die meisten H₂O-Wassermoleküle zerstören. 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 stößt, sind die Forschenden von den Resultaten überzeugt. "Wir fokussieren uns auf die großen Trends und sehen in den Simulationen klar, dass die Planeten viel weniger Wasser haben, als sie ursprünglich ansammelten", erklärt Werlen: "Das Wasser, das tatsächlich als H₂O an der Oberfläche vorhanden bleibt, ist auf maximal einige Prozente begrenzt."

 Bereits in einer früheren Veröffentlichung 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", erklärt 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 genügend flüssigem Wasser an der Oberfläche gibt es wahrscheinlich nur auf kleineren Planeten, die wohl erst mit noch besseren Observatorien als dem James-Webb-Weltraumteleskop zu beobachten sein werden. Besonders spannend hingegen findet Dorn die Rolle unserer Erde im Hinblick auf die neuen Berechnungen. Diese zeigen, dass die meisten fernen Welten ähnliche Wasseranteile haben wie unser Planet. "Die Erde ist vielleicht gar nicht so außergewöhnlich, 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 Atmosphären 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 Planetenatmosphäre mit Sauerstoff aus den Silikaten des Magma-Ozeans reagierte und H₂O-Moleküle entstanden. "Diese Erkenntnisse stellen den klassischen Zusammenhang zwischen eisreicher Entstehung und wasserreichen Atmosphären infrage. Sie unterstreichen stattdessen die dominante Rolle des Gleichgewichts zwischen Magma-Ozean und Atmosphäre bei der Bildung der Planeten-Zusammensetzung", bilanziert Werlen. Dies werde sich weitreichend auf Theorien zur Planetenentstehung sowie auf die Interpretation der Atmosphären von Exoplaneten im Zeitalter des James-Webb-Teleskops auswirken.

Über ihre Ergebnisse berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift The Astrophysical Journal Letters erschienen ist.