Zwischen ewiger Nacht und ewigem Tag: Klimakarten zweier Erdverwandter

Mit Hilfe des James-Webb-Weltraumteleskops JWST ist es einem internationalen Team mit Beteiligung der Universität Bern, der Universität Genf sowie des Nationalen Forschungsschwerpunkts (NFS) PlanetS gelungen, detaillierte Klimakarten von zwei felsigen Exoplaneten mit erdähnlicher Masse zu erstellen.

Die Messungen offenbaren ein Extremklima: Auf den Tagseiten steigen die Temperaturen auf weit über 100 Grad Celsius, während die Nachtseiten in Kälte unter –200 Grad Celsius erstarren. Diese ausgeprägten Gegensätze sprechen dafür, dass die Planeten keine dichten Atmosphären besitzen. Die beiden untersuchten Planeten gehören zum legendären Planetensystem TRAPPIST-1, das als wahres Labor für die Erforschung von extrasolaren Welten gilt.

Rote Zwerge, die kühler und kleiner sind als unsere Sonne, machen mehr als 75 % der Sterne in unserer Galaxie aus. Forschende haben nachgewiesen, dass kleine, erdähnliche Planeten in Systemen mit dieser Art von Sternen weit verbreitet sind. Daher rückte die Frage, wie auf solch unterschiedlichen Welten Leben entstehen könnte, schnell in den Vordergrund.

Unter den Planetensystemen um Rote Zwerge nimmt TRAPPIST-1, das vor zehn Jahren entdeckt wurde, einen herausragenden Platz in der wissenschaftlichen Forschung ein. Anlässlich des Jubiläums seiner Entdeckung wurde eine Beobachtungskampagne mit dem James Webb Space Telescope JWST durchgeführt. Dabei wurden die beiden innersten Planeten des Systems untersucht, also diejenigen, die dem Stern am nächsten sind: TRAPPIST-1b und TRAPPIST-1c. Die kontinuierlichen Beobachtungen mit dem JWST haben die Hypothese dichter Atmosphären auf den beiden Planeten ausgeschlossen und bestätigt, dass die rauen Bedingungen in der Nähe des Sterns die Entwicklung der Planeten beeinflussen können.

«Das TRAPPIST-1-System ist unglaublich! Sieben Planeten, von denen einige eine erdähnliche Masse haben, umkreisen denselben Stern. Mindestens drei Planeten befinden sich in der bewohnbaren Zone des Sterns, in der die Oberflächentemperatur das Vorhandensein von flüssigem Wasser ermöglichen würde. Es ist die perfekte Spielwiese für die vergleichende Planetologie, um die Geheimnisse dieser Art von Planeten zu enträtseln und unsere Hypothesen über die Entwicklung von Leben um diese Sterne zu testen», schwärmt Emeline Bolmont. Sie ist ausserordentliche Professorin am Département d’Astronomie und Direktorin des Centre for Life in the Universe (CVU) an der Universität Genf sowie Mitautorin der Studie, die soeben in Nature Astronomy veröffentlicht wurde.

Energiebombardements und Gezeitenabschaltungen

Obwohl Rote Zwerge und ihre Planeten in unserer Galaxie weit verbreitet sind, bieten sie nicht unbedingt lebensfreundliche Bedingungen. Erstens sind diese Sterne sehr aktiv und bombardieren ihre Planeten mit intensiver ultravioletter Strahlung und energiereichen Teilchenströmen. Dies könnte ihre Atmosphären abtragen und jegliches Leben, das dort existieren könnte, auslöschen. Zweitens umkreisen Planeten in der bewohnbaren Zone eines roten Zwergsterns diesen sehr nah, und Gezeitenkräfte bewirken, dass sie sich synchron mit ihrer Umlaufbahn um sich selbst drehen, ähnlich wie dies beim Mond und der Erde der Fall ist. Diese Planeten vollführen also eine Umdrehung um ihre eigene Achse zur gleichen Zeit, in der sie ihren Stern umkreisen. Das Ergebnis ist, dass auf der einen Seite des Planeten ewiger Tag und auf der anderen ewige Nacht herrscht.

«Wenn eine Atmosphäre um diese gezeitengebundenen Planeten vorhanden wäre, könnte dies einen Energietransfer zwischen der Tag- und der Nachtseite ermöglichen, was zu gemässigteren Temperaturen auf dem gesamten Planeten führen würde. Dies wiederum hätte einen erheblichen Einfluss auf die potenzielle Bewohnbarkeit», fügt Brice-Olivier Demory hinzu. Er ist Professor und Direktor des Center for Space and Habitability (CSH) an der Universität Bern sowie Mitautor der Studie. «Ein zentrales Ziel der Forschungsgemeinschaft ist es daher, herausfinden, ob diese Planeten eine Atomsphäre haben. Daher sind die Beobachtungen des TRAPPIST-1-Systems mit dem JWST so wichtig», erklärt er.

Sechzig Stunden TRAPPIST-1 Beobachtungen

Die JWST-Beobachtungen umfassten die kontinuierliche Überwachung der beiden dem Stern am nächsten gelegenen Planeten im Infrarotlicht über einen gesamten Umlauf hinweg. Da diese Planeten dem Stern am nächsten liegen, sind sie auch am stärksten seinem Einfluss ausgesetzt. Mithilfe dieser 60-stündigen Beobachtungen gelang es den Forschenden erstmals, das Klima von erdgrossen Planeten zu kartieren. Durch die Messung des Lichtflusses von TRAPPIST-1 und den Planeten b und c konnten sie die Oberflächentemperatur beider Planeten sowohl bei Tag als auch bei Nacht mit grosser Genauigkeit bestimmen.

Dabei stellten sie fest, dass TRAPPIST-1b und TRAPPIST-1c einen erheblichen Temperaturunterschied zwischen ihren beiden Hemisphären aufweisen. Tagsüber steigen ihre Oberflächentemperaturen auf über 200 °C bzw. 100 °C, während sie nachts auf Werte unter −200 °C absinken. Dieser enorme Kontrast deutet auf eine fehlende Energieumverteilung zwischen den beiden Seiten der Planeten und somit auf das Fehlen einer Atmosphäre hin. Hätten die beiden Planeten bei ihrer Entstehung eine Atmosphäre gehabt, wäre diese durch die extremen Bedingungen, denen sie durch ihren Stern ausgesetzt sind, vollständig abgetragen worden.

Die Jagd geht weiter

Das Fehlen einer dichten Atmosphäre um die beiden inneren Planeten des TRAPPIST-1-Systems untermauert die Theorie, dass intensive Strahlung und energiereiche Auswürfe von Roten Zwergen die Entwicklung von Planeten, die diesen Sternentyp umkreisen, massgeblich beeinflussen.

Doch wie sieht es mit den etwas weiter entfernten Planeten in der bewohnbaren Zone aus? Das JWST beobachtet derzeit den Planeten «e», der sich innerhalb der bewohnbaren Zone des Sterns befindet – dem Bereich, in dem flüssiges Wasser auf der Oberfläche existieren kann.

Das TRAPPIST-1-System dient als Massstab. Theoretische Modelle zeigen, dass die äussersten Planeten des Systems eine Atmosphäre besitzen könnten, obwohl bei den beiden inneren Planeten keine vorhanden ist. Dies ähnelt unserem Sonnensystem, in dem Merkur, dem unserer Sonne am nächsten gelegenen Planeten, keine Atmosphäre hat, während Venus und Erde ihre beibehalten haben. «Wir freuen uns darauf, die Erforschung des TRAPPIST-1-Systems fortzusetzen!», sagt Bolmont abschliessend.

Quelle: Universität Bern

29.4. 2026

Gillon, M., Ducrot, E., Bell, T.J. et al., No thick atmosphere around TRAPPIST-1 b and c from JWST thermal phase curves. Nat Astron (2026)

DOI: 10.1038/s41550-026-02806-9

Als am 21. Juli 1969 Buzz Aldrin als zweiter Mann aus der Mondlandefähre stieg, entrollte er als erstes das Berner Sonnenwindsegel und steckte es noch vor der amerikanischen Flagge in den Boden des Mondes. Dieses Solarwind Composition Experiment (SWC), welches von Prof. Dr. Johannes Geiss und seinem Team am Physikalischen Institut der Universität Bern geplant und ausgewertet wurde, war ein erster grosser Höhepunkt in der Geschichte der Berner Weltraumforschung.

Die Berner Weltraumforschung ist seit damals an der Weltspitze mit dabei: Die Universität Bern nimmt regelmässig an Weltraummissionen der grossen Weltraumorganisationen wie ESA, NASA oder JAXA teil. Mit CHEOPS teilt sich die Universität Bern die Verantwortung mit der ESA für eine ganze Mission. Zudem sind die Berner Forschenden an der Weltspitze mit dabei, wenn es etwa um Modelle und Simulationen zur Entstehung und Entwicklung von Planeten geht.

Die erfolgreiche Arbeit der Abteilung Weltraumforschung und Planetologie (WP) des Physikalischen Instituts der Universität Bern wurde durch die Gründung eines universitären Kompetenzzentrums, dem Center for Space and Habitability (CSH), gestärkt. Der Schweizer Nationalsfonds sprach der Universität Bern zudem den Nationalen Forschungsschwerpunkt (NFS) PlanetS zu, den sie gemeinsam mit der Universität Genf leitet.