Suche nach bewohnbaren Welten erneut eingegrenzt: Exoplaneten müssen mindestens 80 Prozent des Erdradius aufweisen

Seit der Entdeckung der ersten Exoplaneten Anfang der 1990er-Jahre hat sich die Astronomie rasant entwickelt. Inzwischen hat die US-Raumfahrtbehörde NASA mehr als 6000 Planeten außerhalb unseres Sonnensystems bestätigt. Weitere rund 7000 Kandidaten warten noch auf ihre Bestätigung. Angesichts dieser Zahlen stellt sich immer mehr die Frage, welche Exoplaneten tatsächlich lebensfreundlich sind.

Ein internationales Forschungsteam hat nun ein Computermodell entwickelt, das die Suche nach bewohnbaren Planeten erheblich erleichtern könnte. Das Smaller Than Earth Habitability Model (STEHM) untersucht, unter welchen Bedingungen ein Planet langfristig eine Atmosphäre aufrechterhalten kann – eine grundlegende Voraussetzung für Leben.

Atmosphäre am wichtigsten

Bei der Suche nach außerirdischem Leben ist laut Forschung die Atmosphäre am wichtigsten. „Der einzige Weg, auf dem wir jemals Hinweise auf Leben dort draußen finden werden, besteht darin, die Atmosphären dieser Planeten zu beobachten“, erklärt Michelle Hill, Postdoktorandin an der Stanford University.

Atmosphären schützen Planeten vor den lebensfeindlichen Bedingungen des Weltraums und helfen dabei, Temperaturen zu stabilisieren. Doch ihre Existenz hängt von zahlreichen Faktoren ab. Neben der Masse eines Planeten können das etwa Sternenstrahlung, Vulkanismus und die chemische Zusammensetzung des Planeteninneren sein.

Für ihre Untersuchung nutzte Hill das Programm ExoPlex, das anhand von Planetengröße und inneren Druckverhältnissen auf Masse und Aufbau eines Himmelskörpers schließen kann. Die Forschenden simulierten sechs verschiedene Planetentypen mit Größen zwischen der Hälfte und der vollen Erdgröße.

Mindestgröße für langfristige Stabilität

Die Ergebnisse zeigen, dass Planeten mit mindestens 80 Prozent des Erdradius unter günstigen Bedingungen ihre Atmosphäre über zehn Milliarden Jahre hinweg bewahren können. Kleinere Welten verlieren ihre schützende Gashülle meist viel schneller. Bei Planeten mit rund 70 Prozent des Erdradius hängt das Schicksal der Atmosphäre von zusätzlichen günstigen Faktoren ab.

Besonders wichtig erwies sich der ursprüngliche Kohlenstoffgehalt eines Planeten. Kohlendioxid wirkt als Treibhausgas und hilft dabei, Wärme in der Atmosphäre zu speichern. Gleichzeitig liefern vulkanische Prozesse ständig neues CO₂ nach.

Auch radioaktive Elemente wie Thorium, Uran und Kalium setzen beim Zerfall Wärme frei und halten das Planeteninnere aktiv. Erlischt diese Wärmequelle, kommt der Vulkanismus zum Stillstand. Die Atmosphäre wird dann nicht mehr erneuert und kann nach und nach verloren gehen.

Die Studie zeigt außerdem, dass Planeten mit kleineren Kernen und dickeren Mänteln bessere Voraussetzungen besitzen, um Kohlenstoff und wärmeerzeugende Elemente langfristig zu speichern.

Warum Mars schlechte Karten hatte

Zur Überprüfung ihres Modells wurde STEHM an den beiden Nachbarplaneten der Erde getestet. Das Ergebnis entsprach den bekannten Beobachtungen: Die Venus verfügt über eine dichte und langlebige Kohlendioxidatmosphäre, während die Atmosphäre des Mars über Milliarden Jahre weitgehend verloren ging.

Gerade der Mars lieferte den Anstoß für die Entwicklung des Modells. Weil oft über eine mögliche Besiedlung des Roten Planeten diskutiert wird, wollte Hill wissen, ob dieser jemals in der Lage gewesen wäre, dauerhaft eine Atmosphäre zu halten. Die Berechnungen sprechen dagegen. Seine geringe Größe und das Fehlen aktiver Plattentektonik waren von Anfang an nachteilig.

Das neue Modell könnte künftig bei der Auswahl besonders interessanter Beobachtungsziele helfen. Missionen wie das europäische Weltraumteleskop Plato, das erdähnliche Planeten um sonnenähnliche Sterne aufspüren soll, könnten dadurch gezielter nach vielversprechenden Kandidaten suchen.

Möglicherweise existiert Leben nicht nur dort, wo geeignete Bedingungen herrschen, sondern auch nur während bestimmter Zeitfenster der kosmischen Entwicklung. „Vielleicht gehören wir zu den Ersten“, sagt Hill.

Die Wissenschaftlerin arbeitet bereits an der nächsten Generation ihres Modells. Künftig sollen auch Gesteinsplaneten mit aktiver Plattentektonik untersucht werden – also Welten, die der Erde stärker ähneln. Die Ergebnisse könnten erklären, warum unser Heimatplanet bisher einzigartig erscheint und welche Voraussetzungen tatsächlich notwendig sind, damit Leben entstehen und bestehen kann.

Quellenhinweis:

Hill, M. L., Kane, S. R., Foley, B. J., & Schaefer, L. K. (2026): Smaller Than Earth Habitability Model (STEHM): The Lower Size Limit for Atmosphere Retention in the Habitable Zone. The Planetary Science Journal.