Als Kepler-186f im April 2014 bekannt gegeben wurde, markierte seine Entdeckung einen wichtigen Schritt bei der Suche nach erdähnlichen Welten. Zum ersten Mal hatten Astronomen einen Planeten gefunden, dessen Größe ungefähr der Erde entspricht und der zugleich innerhalb der habitablen Zone seines Sterns kreist. Damit war erstmals nachgewiesen, dass Planeten in Erdgröße auch dort existieren können, wo flüssiges Wasser unter geeigneten Bedingungen grundsätzlich möglich wäre.

Doch aus einem erdgroßen Planeten wird noch keine zweite Erde. Kepler-186f umkreist keinen sonnenähnlichen Stern, sondern einen deutlich kleineren und kühleren Roten Zwerg. Wir kennen weder seine Oberfläche noch seine Atmosphäre, wissen nicht, ob dort Wasser vorhanden ist, und haben keinerlei Hinweis auf Leben. Selbst seine Masse ist nicht direkt gemessen worden.

Kepler-186f ist damit eine Welt, die der Erde in einigen entscheidenden Punkten erstaunlich nahekommt und in anderen völlig unbekannt bleibt. Gerade dieser Unterschied macht den Planeten bis heute wissenschaftlich interessant.

Wie weit ist Kepler-186f von der Erde entfernt?

Kepler-186 befindet sich im Sternbild Schwan. Neuere Entfernungsbestimmungen ordnen das System in einer Entfernung von rund 580 Lichtjahren ein. Frühere Angaben lagen näher bei 500 Lichtjahren; verbesserte Messungen des Sterns haben die Entfernung später präzisiert.

Damit liegt Kepler-186f wesentlich weiter entfernt als bekannte potenziell interessante Exoplaneten wie Proxima Centauri b oder die Planeten des TRAPPIST-1-Systems. Eine direkte Erforschung durch Raumsonden ist bei solchen Entfernungen mit absehbarer Technik ausgeschlossen.

Fast alles, was wir über Kepler-186f wissen, stammt deshalb aus der Analyse des Lichts seines Sterns.

Wie wurde Kepler-186f entdeckt?

Kepler-186f wurde mit dem Kepler-Weltraumteleskop der NASA entdeckt. Das Teleskop beobachtete über Jahre hinweg die Helligkeit von Sternen und suchte nach winzigen, regelmäßig wiederkehrenden Verdunkelungen.

Wenn ein Planet aus unserer Perspektive vor seinem Stern vorbeizieht, verdeckt er einen kleinen Teil der Sternscheibe. Aus der Stärke dieser Verdunkelung lässt sich unter anderem abschätzen, wie groß der Planet im Verhältnis zu seinem Stern ist. Dieses Verfahren wird als Transitmethode bezeichnet.

Bei Kepler-186 fanden die Astronomen insgesamt fünf Planeten. Die vier inneren Welten Kepler-186b, c, d und e bewegen sich auf engen Umlaufbahnen und erhalten deutlich mehr Strahlung von ihrem Stern. Kepler-186f ist der äußerste bekannte Planet des Systems und benötigt rund 130 Tage für einen Umlauf.

Seine besondere Bedeutung ergab sich aus der Kombination zweier Eigenschaften: seiner geringen Größe und seiner Lage innerhalb der habitablen Zone.

Wie groß ist Kepler-186f?

Aktuelle Angaben führen für Kepler-186f einen Radius von rund 1,17 Erdradien. Damit ist der Planet nur geringfügig größer als die Erde.

Das ist ein bedeutender Unterschied zu vielen anderen Exoplaneten, die gelegentlich als erdähnlich bezeichnet werden. Planeten mit dem anderthalb- oder zweifachen Erdradius können bereits erhebliche Gashüllen besitzen und eher kleinen Neptunplaneten als einer felsigen Erde ähneln.

Bei Kepler-186f macht seine geringe Größe eine felsige Zusammensetzung plausibel. Sicher nachgewiesen ist sie jedoch nicht. Um die innere Struktur eines Planeten zuverlässig zu bestimmen, benötigen Astronomen neben seinem Radius auch seine Masse. Daraus lässt sich die mittlere Dichte berechnen.

Die Masse von Kepler-186f konnte bislang nicht direkt mit der notwendigen Genauigkeit gemessen werden. Angaben zu seiner Masse beruhen daher auf Modellen, die aus seiner bekannten Größe eine wahrscheinliche Masse ableiten.

Wir können deshalb sagen: Kepler-186f besitzt ungefähr Erdgröße und könnte ein Gesteinsplanet sein. Dass er tatsächlich eine erdähnliche Zusammensetzung besitzt, ist nicht bewiesen.

Wie lang dauert ein Jahr auf Kepler-186f?

Kepler-186f benötigt ungefähr 129,9 Erdentage für einen vollständigen Umlauf um seinen Stern. Ein Jahr dauert dort also nur gut vier Monate. Seine mittlere Entfernung zum Zentralstern beträgt etwa 0,43 Astronomische Einheiten – weniger als die Hälfte des Abstands zwischen Erde und Sonne.

Trotzdem ist Kepler-186f kein heißer Planet.

Sein Stern Kepler-186 ist ein Roter Zwerg und wesentlich lichtschwächer als die Sonne. Ein Planet muss einem solchen Stern erheblich näher kommen, um vergleichbare Temperaturen zu erreichen.

Kepler-186f erhält sogar deutlich weniger Energie von seinem Stern als die Erde von der Sonne. Das macht ihn zu einem eher kühlen Vertreter der potenziell habitablen Welten.

Liegt Kepler-186f wirklich in der habitablen Zone?

Ja. Die Strahlungsmenge und das Spektrum seines Sterns platzieren Kepler-186f in dem Bereich, den Astronomen als habitable Zone bezeichnen. Bereits die ursprüngliche Entdeckungsstudie kam zu dem Ergebnis, dass bei einer geeigneten Atmosphäre flüssiges Wasser auf der Oberfläche möglich sein könnte.

Die habitable Zone wird jedoch häufig missverstanden.

Sie sagt nicht aus, dass ein Planet bewohnbar ist. Sie beschreibt lediglich einen Bereich um einen Stern, in dem die Strahlungsmenge prinzipiell mit flüssigem Oberflächenwasser vereinbar sein kann.

Ob tatsächlich Wasser flüssig bleibt, hängt wesentlich von der Atmosphäre ab. Ein Planet mit einer dichten Treibhausatmosphäre kann erheblich wärmer sein als ein atmosphärenloser Planet in derselben Entfernung.

Genau diese Atmosphäre ist bei Kepler-186f unbekannt.

Wie warm ist es auf Kepler-186f?

Eine tatsächliche Oberflächentemperatur wurde nicht gemessen. Alle entsprechenden Angaben beruhen auf Modellrechnungen.

Da Kepler-186f weniger Strahlung erhält als die Erde, könnte seine Oberfläche ohne ausreichenden Treibhauseffekt sehr kalt sein. Große Teile des Planeten könnten gefroren sein.

Klimamodelle zeigen jedoch, dass eine Atmosphäre mit genügend Kohlendioxid die Oberflächentemperatur deutlich erhöhen könnte. Modellrechnungen ergaben, dass unter bestimmten Annahmen bereits Kohlendioxidpartialdrücke in einer Größenordnung von etwa 0,5 bis mehreren Bar ausreichen könnten, um zumindest teilweise Temperaturen oberhalb des Gefrierpunkts von Wasser zu ermöglichen.

Das sind keine Messungen einer tatsächlich vorhandenen Atmosphäre. Sie zeigen lediglich, dass Kepler-186f physikalisch nicht zwangsläufig eine vollständig gefrorene Welt sein müsste.

Ob es dort mild, eisig oder völlig anders aussieht, wissen wir nicht.

Gibt es Wasser auf Kepler-186f?

Wasser wurde auf Kepler-186f bislang nicht nachgewiesen.

Es gibt weder einen direkten Hinweis auf Ozeane noch einen Nachweis von Wasserdampf in einer Atmosphäre. Künstlerische Darstellungen, die Kepler-186f mit Meeren, Wolken oder einer felsigen Landschaft zeigen, sind deshalb keine Bilder der wirklichen Oberfläche.

Wissenschaftlich lässt sich lediglich feststellen, dass flüssiges Wasser unter bestimmten atmosphärischen Voraussetzungen möglich wäre.

Es könnte ebenso gut sein, dass der Planet trocken ist, dass Wasser überwiegend als Eis vorliegt oder dass seine ursprünglichen Wasservorräte im Laufe der Entwicklung des Systems verloren gegangen sind.

Hat Kepler-186f eine Atmosphäre?

Auch das ist unbekannt.

Kepler-186f ist zu weit entfernt und sein Stern zu lichtschwach, um seine mögliche Atmosphäre mit den derzeit verfügbaren Teleskopen so detailliert zu untersuchen wie die Atmosphären einiger wesentlich näher gelegener Exoplaneten.

Damit fehlt genau jene Information, die für die Frage nach seiner tatsächlichen Bewohnbarkeit entscheidend wäre.

Eine ausreichend dichte Atmosphäre könnte Wärme speichern und zwischen verschiedenen Regionen des Planeten verteilen. Sie könnte flüssiges Wasser ermöglichen und die Oberfläche teilweise vor energiereicher Strahlung des Sterns schützen.

Ohne eine nennenswerte Atmosphäre wären die Bedingungen vollkommen anders.

Bislang ist nicht bekannt, welches dieser Szenarien Kepler-186f beschreibt.

Ist Kepler-186 ein gefährlicher Roter Zwerg?

Kepler-186 gehört zur Klasse der M-Zwerge, die wesentlich kleiner, kühler und lichtschwächer als die Sonne sind. Solche Sterne stellen einen großen Anteil der Sterne in der Milchstraße und spielen deshalb bei der Suche nach bewohnbaren Planeten eine zentrale Rolle.

Rote Zwerge können jedoch intensive magnetische Aktivität entwickeln. Flares sowie energiereiche Röntgen- und Ultraviolettstrahlung können die Atmosphären ihrer Planeten belasten.

Für Kepler-186f ist die Lage etwas günstiger als bei einigen extrem eng umlaufenden Planeten um Rote Zwerge. Seine Umlaufzeit von rund 130 Tagen bedeutet, dass er vergleichsweise weit von seinem Stern entfernt liegt.

Neuere Untersuchungen der Magnetfelder planetentragender M-Zwerge führen Kepler-186f weiterhin als einen der Planeten innerhalb einer habitablen Zone, weisen aber zugleich darauf hin, dass stellare Magnetfelder und Sternwinde bei der Beurteilung der tatsächlichen Bewohnbarkeit berücksichtigt werden müssen.

Ob Kepler-186f ein eigenes Magnetfeld besitzt, wissen wir nicht.

Zeigt Kepler-186f seinem Stern immer dieselbe Seite?

Das ist nicht sicher.

Bei Planeten, die sehr dicht um kleine Sterne kreisen, können Gezeitenkräfte die Rotation langfristig abbremsen. Im Extremfall entsteht eine gebundene Rotation, bei der immer dieselbe Seite zum Stern zeigt – vergleichbar mit dem Mond, der der Erde stets dieselbe Seite zuwendet.

Bei Kepler-186f ist die Situation weniger eindeutig. Seine größere Entfernung zum Stern bedeutet, dass die Gezeitenwirkung schwächer ausfällt als bei den vier inneren Planeten des Systems.

Dynamische Modelle zeigen deshalb, dass sein heutiger Rotationszustand von mehreren unbekannten Eigenschaften abhängt. Kepler-186f könnte langsam rotieren, sich in einem gebundenen Zustand befinden oder eine schnellere Rotation bewahrt haben. Auch die Neigung seiner Rotationsachse ist unbekannt.

Für das Klima wären diese Unterschiede erheblich. Rotationsgeschwindigkeit und Achsenneigung beeinflussen die Verteilung der Sonnenstrahlung, atmosphärische Strömungen und mögliche Jahreszeiten.

Gibt es Leben auf Kepler-186f?

Es gibt keinerlei Nachweis für Leben auf Kepler-186f.

Weder biologische Moleküle noch Biosignaturen noch künstliche Signale wurden von diesem Planeten entdeckt. Die Verbindung von Kepler-186f mit der Suche nach außerirdischem Leben beruht allein darauf, dass er einige grundlegende Voraussetzungen erfüllt, die für lebensfreundliche Bedingungen interessant sein könnten.

Er besitzt ungefähr Erdgröße. Wahrscheinlich handelt es sich um eine relativ kompakte Welt. Er liegt in der habitablen Zone seines Sterns. Und Modelle erlauben unter bestimmten Voraussetzungen flüssiges Wasser.

Zwischen diesen Aussagen und dem Nachweis von Leben liegt jedoch ein gewaltiger wissenschaftlicher Abstand.

Wir wissen nicht einmal, ob Kepler-186f eine Atmosphäre oder Wasser besitzt.

Warum war die Entdeckung von Kepler-186f so wichtig?

Die Bedeutung von Kepler-186f liegt vor allem in dem, was seine Entdeckung erstmals bewiesen hat.

Vor 2014 waren bereits Planeten in habitablen Zonen anderer Sterne bekannt. Viele davon waren jedoch erheblich größer als die Erde. Kepler-186f zeigte erstmals eindeutig, dass auch ein Planet ungefähr von Erdgröße in einer solchen Zone vorkommen kann.

Damit rückte eine Vorstellung aus dem Bereich der theoretischen Möglichkeit in den Bereich tatsächlicher Beobachtung: Kleine Planeten müssen nicht ausschließlich auf heißen, engen Umlaufbahnen existieren. Sie können auch in Entfernungen kreisen, in denen unter den richtigen Bedingungen flüssiges Wasser denkbar wäre.

Heute kennen Astronomen weitere erdgroße Planeten in habitablen Zonen. Kepler-186f ist deshalb längst nicht mehr der einzige Kandidat. Historisch bleibt er trotzdem eine Schlüsselentdeckung der Exoplanetenforschung.

Wie erdähnlich ist Kepler-186f wirklich?

Die Antwort hängt davon ab, was mit „erdähnlich“ gemeint ist.

Seiner Größe nach gehört Kepler-186f tatsächlich zu den Planeten, die der Erde relativ nahekommen. Mit etwa 1,17 Erdradien unterscheidet er sich wesentlich weniger von unserem Heimatplaneten als viele größere Supererden. Auch seine Lage in der habitablen Zone macht ihn interessant.

Danach enden die gesicherten Gemeinsamkeiten jedoch weitgehend.

Kepler-186f erhält weniger Sternenenergie als die Erde. Er umkreist einen Roten Zwerg statt eines sonnenähnlichen Sterns. Seine Masse und innere Zusammensetzung sind nicht direkt bestimmt. Seine Atmosphäre ist unbekannt. Wir wissen nichts über mögliche Ozeane, Kontinente, Wolken oder Temperaturen an seiner Oberfläche.

Und es gibt keinerlei Hinweis auf Leben.

Kepler-186f ist deshalb keine zweite Erde. Er ist etwas wissenschaftlich vielleicht noch Wichtigeres: der erste nachgewiesene Beleg dafür, dass ungefähr erdgroße Planeten tatsächlich in den habitablen Zonen anderer Sterne existieren.

Ob aus einer solchen Welt irgendwann auch eine wirkliche zweite Erde wird, entscheidet nicht ihre Größe allein. Dafür müssten wir ihre Atmosphäre sehen, ihre chemische Zusammensetzung verstehen und schließlich Hinweise darauf finden, dass an ihrer Oberfläche tatsächlich lebensfreundliche Bedingungen herrschen.

Bei Kepler-186f kennen wir bisher nur den Anfang dieser Geschichte.

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Quellen
▪︎ NASA – Kepler-186f und das Planetensystem Kepler-186
▪︎ NASA Jet Propulsion Laboratory – Entdeckung des ersten erdgroßen Planeten in einer habitablen Zone
▪︎ Quintana et al., Science – An Earth-Sized Planet in the Habitable Zone of a Cool Star
▪︎ Bolmont et al. – Formation, tidal evolution and habitability of the Kepler-186 system
▪︎ Shan und Li, The Astronomical Journal – Obliquity Variations of Habitable Zone Planets Kepler-62f and Kepler-186f
▪︎ NASA Exoplanet Archive – Aktuelle Planetendaten zu Kepler-186f