Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Wasser kein seltener kosmischer Zufall ist, sondern eine unvermeidliche Folge der Planetenentstehung. Dadurch ist es in der Galaxie weitaus häufiger anzutreffen, als Wissenschaftler bisher annahmen. Wasser ist Leben, zumindest so, wie wir es kennen. Alles Leben auf der Erde benötigt flüssiges Wasser, und Forscher, die den Ursprung des Lebens untersuchen, gehen davon aus, dass die komplexe Chemie des Lebens entweder in einem warmen Gewässer an der Erdoberfläche oder in der Nähe einer Tiefsee-Hydrothermalquelle entstanden ist. Daher interessieren sich Planetenforscher besonders für extraterrestrische Orte mit flüssigem Wasser. Basierend auf den vorhandenen Exoplanetendaten gelten Supererden und Sub-Neptune als die häufigsten Planetentypen in unserer Galaxie, und einige von ihnen sind wahrscheinlich Wasserwelten. Diese Planeten sind jedoch groß, und die Wechselwirkungen zwischen dem Wasser in ihren Ozeanen und dem Gestein in ihrem Inneren werden darüber entscheiden, wie bewohnbar sie sein könnten.
Bis zu 95% des Wassers des Exoplaneten könnten dauerhaft tief in seinem Eisenkern eingeschlossen sein, was unser Verständnis von Wasserwelten verändern und sie möglicherweise noch bewohnbarer machen würde, als wir bisher dachten.
„Es gibt deutlich mehr Wasser auf Planeten als bisher angenommen“, erklärte Caroline Dorn, Professorin für Exoplanetenforschung an der ETH Zürich, in einer Stellungnahme. Die Ergebnisse der Studie wurden am 20. August 2024 in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.
Wenn Planeten durch die Ansammlung von Trümmern und Kollisionen mit anderen Protoplaneten entstehen, erhitzen sie sich so stark, dass ihre gesamte Oberfläche von einem Ozean aus geschmolzenem Gestein bedeckt wird. Dieses Magma kühlt mit der Zeit ab und bildet einen silikatreichen Mantel und eine feste Kruste, die einen tiefen Kern aus geschmolzenem Eisen umschließt. Dieser Kern bildet sich im Laufe der Zeit, wenn schwerere Materialien zum Planetenmittelpunkt absinken.
Wasser gehört zu den Bestandteilen von Planeten, und in den frühen Entwicklungsstadien eines Planeten ist es in einem Magmaozean gelöst vorhanden. Frühere Studien haben gezeigt, dass junge Planeten, die der Erde in Größe und Masse ähneln – und daher einen relativ moderaten Innendruck und eine moderate Temperatur aufweisen –, in der Lage sind, im Magma gelöstes Wasser in ihren Kern zu ziehen. Tatsächlich ergab eine Studie, dass die Erde in ihrem Inneren mindestens um ein Vielfaches mehr Wasser enthält als an ihrer Oberfläche in Form unserer bekannten Ozeane.
Ein erheblicher Teil des Eisens liegt anfänglich in Form von Tröpfchen in der heißen Magmasuppe vor. Wasser im Magma kann sich mit diesen Eisentröpfchen verbinden, während sie zum Kern absinken. Die Eisentröpfchen wirken dabei wie eine Art Floß und werden vom Wasser nach unten getragen.
Dies trifft auf Planeten von Erdgröße zu, doch viele der von Astronomen entdeckten Gesteinsplaneten sind deutlich größer als die Erde. Diese sogenannten Supererden können bis zu zehnmal so massereich sein wie unser Planet. Es bleibt jedoch unklar, ob solche Welten mit ihren extremeren inneren Bedingungen Wasser aus einem Magmaozean gewinnen können, wie es auf der Erde der Fall ist.
Gesteinsplaneten, die einst Magmaozeane auf ihrer Oberfläche beherbergten oder vielleicht noch immer beherbergen, sind in der Lage, große Mengen Wasser in ihren Kern zu ziehen. ESO/L. Calçada
Dorn und die Forscher Haiyang Luo und Jie Deng von der Princeton University nutzten Computersimulationen, um zu verstehen, wie Wasser mit der Oberfläche von geschmolzenem Magma auf einem jungen, heißen, felsigen Planeten interagiert. Sie beantworteten diese Frage und fanden heraus, dass selbst auf Supererden der größte Teil des Wassers im Inneren landen könnte.
Je größer der Planet und je größer seine Masse, desto mehr Wasser wird von Eisentröpfchen eingebunden und in den Kern integriert. Unter bestimmten Bedingungen kann Eisen bis zu 70-mal mehr Wasser aufnehmen als Silikate. Aufgrund des enormen Drucks im Kern liegt das Wasser jedoch nicht mehr als H₂O-Moleküle vor, sondern als Wasserstoff und Sauerstoff.
Dieses Wasser befindet sich in so großer Tiefe, dass es dauerhaft im Erdkern eingeschlossen und unerreichbar ist, wodurch es für Leben an oder nahe der Oberfläche unbrauchbar wird. Es könnte jedoch auf andere Weise zur Bewohnbarkeit beitragen.
Durch die Messung von Masse und Radius von Exoplaneten – mittels Doppler-Radialgeschwindigkeitsmessungen bzw. Transits – lässt sich die Dichte dieser Himmelskörper berechnen (indem man die Masse des Planeten durch sein Volumen teilt, welches sich aus seinem Radius ergibt). Die Dichte einiger Exoplaneten deutet darauf hin, dass ein signifikanter Anteil, möglicherweise bis zu einem Viertel ihrer Masse, aus Wasser besteht.
Bisher ging man davon aus, dass dieses Wasser an der Oberfläche als Ozean in mehreren zehn Kilometern Tiefe existiert. Sollten die neuen Forschungsergebnisse jedoch zutreffen, befindet sich der größte Teil des Wassers im Inneren des Planeten. Wasser ist zwar lebensnotwendig, doch ein Planet, dessen Oberfläche ausschließlich aus Wasser besteht (und der kein Land besitzt), könnte unbewohnbar sein. So werden beispielsweise lebensnotwendige Nährstoffe vom Land ins Meer gespült, und dieser Abfluss ist ein wesentlicher Bestandteil des Kohlenstoffkreislaufs, der das Klima des Planeten über lange Zeiträume aufrechterhält.
Dorn ist der Ansicht, dass die mutmaßlichen „Gytzean“-Welten – benannt nach der Kombination der Wörter „Wasserstoff“ und „Ozean“ – weitere Untersuchungen verdienen, um die Theorie zu überprüfen, dass Wasser in das Innere der Planeten eindringt. Gytzean-Planeten besitzen wasserstoffreiche Atmosphären und man ging bisher davon aus, dass sie auch tiefe Ozeane mit bewohnbaren Temperaturen aufweisen.
Wenn sich der Erdmantel eines Planeten abkühlt, bevor sich Ozeane bilden, kann ein Teil des im Gestein gelösten Wassers entgasen und an die Oberfläche steigen, wo es in die Atmosphäre freigesetzt wird. Wenn wir also Wasser in der Atmosphäre eines Planeten nachweisen, ist es wahrscheinlich, dass sich in tieferen Schichten noch viel mehr davon befindet.
Insbesondere der Exoplanet TOI-270d, der einen roten Zwergstern in 73 Lichtjahren Entfernung von der Erde umkreist und eine 4,78-mal größere Masse als unser Planet besitzt, ist für Dorne von Interesse. Er war Teil eines Teams, das seine Atmosphäre mit dem James-Webb-Weltraumteleskop untersuchte und Methan, Kohlendioxid und Wasserdampf fand.
„Dort wurden Beweise für die tatsächliche Existenz solcher Wechselwirkungen zwischen dem Magmaozean in seinen Tiefen und der Atmosphäre gesammelt“, sagte Dorn.
Die Fähigkeit des Wassers, tief in einen Planeten einzudringen, anstatt sich in großen Tiefen an seiner Oberfläche zu sammeln, bedeutet, dass es in der Galaxie ein noch größeres Potenzial für bewohnbare Planeten mit flacheren Ozeanen gibt.
Einer Studie aus dem Jahr 2025 zufolge gelangt Wasser nicht nur durch Kometen und Asteroiden auf Planeten, sondern kann auch während der Entstehung von Planeten entstehen.
Seit Jahrzehnten debattieren Wissenschaftler über den Ursprung des Wassers auf der Erde. Eine etablierte Theorie besagt, dass es nach der Entstehung der Erde durch eisige Himmelskörper aus dem äußeren Sonnensystem dorthin gelangte, während eine andere Theorie davon ausgeht, dass die Rohstoffe, aus denen unser Planet besteht, bereits die notwendigen Bestandteile für die Wasserbildung enthielten. Diese zweite Hypothese wurde jedoch bisher noch nie unter realen Laborbedingungen getestet.
In einer Reihe von Hochdruck- und Hochtemperaturexperimenten, die die feurige Entstehungsphase eines jungen Planeten simulieren sollten, bildeten Wissenschaftler die extremen Bedingungen nach, unter denen geschmolzenes Gestein und Wasserstoffgas auf solchen Welten interagieren. Diese Studien zeigten, dass flüssiges Wasser tatsächlich in den frühen Stadien der Planetenentstehung auf natürliche Weise entstehen kann.
Die neuen Erkenntnisse, die am 30. Oktober 2025 in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurden, bieten neue Einblicke in eine der ältesten Fragen der Planetenforschung und erweitern unser Verständnis darüber, wo lebensnotwendiges Wasser im Weltraum existieren könnte.
„Diese Arbeit belegt, dass große Wassermengen als natürliche Folge der Planetenentstehung entstehen“, erklärte Anat Shahar, Wissenschaftlerin an der Carnegie Institution for Science in Washington und Co-Leiterin der Studie, in einer Stellungnahme. „Dies ist ein wichtiger Fortschritt für unser Verständnis der Suche nach fernen Welten, die Leben ermöglichen könnten.“
Künstlerische Darstellung einer protoplanetaren Scheibe um einen jungen Stern. Universität Kopenhagen/Lars Buchhave
Von den über 6.000 bisher in unserer Milchstraße entdeckten Exoplaneten sind die häufigsten Welten, die größer als die Erde, aber kleiner als Neptun sind – sogenannte Sub-Neptune. Obwohl es solche Planeten in unserem Sonnensystem nicht gibt, vermuten Wissenschaftler, dass sie ein felsiges Inneres besitzen, das von dichten, wasserstoffreichen Atmosphären umgeben ist. Wie die Studie feststellt, eignet sich diese Kombination ideal, um zu erforschen, wie Wasser in den frühesten Stadien der Planetenentwicklung entstanden sein könnte.
Um diesen Prozess zu untersuchen, bauten Shahar und ihr Team im Labor eine Miniaturversion eines Sub-Neptun. Mithilfe eines sogenannten Diamantstempels komprimierten sie Proben aus geschmolzenem, eisenreichem Gestein zwischen den Spitzen zweier Diamanten auf einen Druck, der fast 600.000 Mal höher war als der Atmosphärendruck der Erde. Dadurch erhitzten sie die Proben auf über 4.000 Grad Celsius – Temperaturen, die mit denen im Inneren des geschmolzenen Planeten vergleichbar sind, wie es in der Erklärung heißt.
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Wissenschaftler argumentieren, dass dieses Modell eine entscheidende Phase der Planetenentstehung simuliert, in der neu entstandene Welten, die junge Sterne umkreisen, von einer dichten Schicht aus Wasserstoffgas umhüllt werden. Dieser Wasserstoff wirkt wie eine „thermische Decke“, die Wärme speichert und Magmaozeane über Millionen – oder sogar Milliarden – von Jahren im flüssigen Zustand hält, wodurch Gas und geschmolzenes Gestein miteinander interagieren können.
Unter diesen extremen Bedingungen entdeckten Forscher, dass sich Wasserstoff leicht in geschmolzenem Gestein löst und dort mit Eisenoxiden zu erheblichen Mengen Wasser reagiert. Diese Ergebnisse legen nahe, dass Wasser als natürliches Nebenprodukt chemischer Reaktionen zwischen Gesteinen und Gasen entstehen kann, ohne dass es von Kometen, Asteroiden oder anderen externen Quellen zugeführt werden muss.
Die Ergebnisse legen nahe, dass Wasser kein seltener kosmischer Zufall ist, sondern vielmehr eine unvermeidliche Folge der Planetenentstehung, wodurch es in der Galaxie viel häufiger vorkommt, als Wissenschaftler bisher angenommen hatten.
Obwohl es auf der Erdoberfläche flüssige Ozeane gibt, macht Wasser nur 0,2 % der Erdmasse aus. Einige Planeten und Monde hingegen bestehen zu bis zu 50 % aus Wasser, was bedeutet, dass ihre Ozeane Hunderte oder sogar Tausende von Kilometern tief sein können.
Die Wissenschaftler erfuhren erstmals während der NASA-Mission Galileo, die 1989 gestartet wurde, dass Jupiters Mond Europa wahrscheinlich einen flüssigen Ozean unter seiner Eishülle birgt. Fast acht Jahre lang umkreiste die Raumsonde Galileo Jupiter und beobachtete dabei Wechselwirkungen zwischen Europa und Jupiters Magnetfeld, die auf das Vorhandensein von Wasser im Inneren des Mondes hindeuteten.
Die Europa-Clipper-Mission ist auf dem Weg nach Europa, um herauszufinden, ob der Mond bewohnbar ist. Dies ist das erste Mal, dass eine Raumsonde einen wasserreichen Himmelskörper besucht. Die Forscher interessieren sich besonders für die Vermischung von Wasser und Gestein tief im Inneren Europas, wo Nährstoffe und chemische Verbindungen mikrobielles Leben ermöglichen könnten, ähnlich den hydrothermalen Quellen, die Leben auf der Erde begünstigen.
Jupiters Mond Europa, aufgenommen vom JunoCam-Instrument der NASA-Raumsonde Juno während eines nahen Vorbeiflugs am 29. September 2022. NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS. Björn Jönsson (CC BY 3.0)
Europa ist eine faszinierende Wasserwelt, die vermutlich einen flüssigen Ozean unter ihrer Oberfläche birgt. Tobias Rötzsch/Future
Callisto, Jupiters zweitgrößter Mond, könnte ebenfalls einen unterirdischen flüssigen Ozean beherbergen. Callistos Oberfläche weist die kraterreichste im Sonnensystem auf, was darauf hindeutet, dass auf dem Mond keine geologischen Prozesse oder Verwitterung stattfinden. Etwa 250 Kilometer unter der Oberfläche könnte jedoch ein salziger Ozean mit einer Gesteinsschicht interagieren und so möglicherweise lebensfreundliche Bedingungen tief im Inneren des Mondes schaffen. Sauerstoff wurde zudem in Callistos Exosphäre, der obersten Schicht seiner dünnen Atmosphäre, nachgewiesen.
Callisto, aufgenommen von der NASA-Raumsonde Galileo. NASA/JPL/DLR
Im Jahr 2015 entdeckten Wissenschaftler mithilfe des Hubble-Weltraumteleskops, dass Jupiters größter Mond Ganymed wahrscheinlich ebenfalls einen inneren Ozean aus flüssigem Wasser besitzt. Ganymed hat ein eigenes Magnetfeld, das an seinen magnetischen Polen Polarlichter erzeugt. Beobachtungen dieser Polarlichter ergaben, dass der innere Ozean aus flüssigem Wasser die Schwankungen des Magnetfelds von Ganymed wahrscheinlich dämpft, wenn dieses mit dem Magnetfeld Jupiters interagiert.
Der Ozean auf Ganymed soll 100 km dick sein, fast zehnmal so dick wie der Ozean auf der Erde. Ganymed und die anderen galileischen Monde entstanden wahrscheinlich aus ähnlichen Materialien wie jene, die Jupiter in der Frühphase der Entstehung des Sonnensystems umgaben. Dies erklärt, warum jeder dieser Monde vermutlich relativ große Mengen Wasser enthält.
Dieses Bild wurde von der NASA-Raumsonde Juno während ihres Vorbeiflugs an Ganymed am 7. Juni 2021 aufgenommen. NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS
Enceladus, ein kleiner Eismond des Saturn, ist einer der interessantesten Orte im Sonnensystem, an dem Planetenforscher Wasser entdeckt haben. Denn eisige Geysire auf der Oberfläche von Enceladus schleudern Wasser und Eis ins All und ermöglichen es Forschern so, direkt Material aus dem Inneren des Mondes zu entnehmen.
Dieses Wasser und Eis werden aus dem inneren Ozean ausgestoßen, und im Jahr 2005 detektierte die Raumsonde Cassini, wie diese Materialien mit Geschwindigkeiten von etwa 1300 km/h (800 Meilen pro Stunde) von der Mondoberfläche ausgestoßen wurden. Man geht außerdem davon aus, dass warme hydrothermale Quellen den Mondozean mit Mineralien und Nährstoffen versorgen, die für Leben unerlässlich sind.
Globale Infrarotkarte von Enceladus. NASA/JPL-Caltech/Universität von Arizona/LPG/CNRS/Universität Nantes/Institut für Weltraumstudien
Saturns größter Mond Titan ist einzigartig im Sonnensystem. Seine Oberfläche ist bedeckt mit Seen, Flüssen, Meeren, Wolken und Regen aus den Kohlenwasserstoffen Methan und Ethan. Unter Titans eisiger Kruste vermutet man einen inneren Ozean aus flüssigem Wasser, der Leben beherbergen könnte. Auch auf seiner Oberfläche könnten Lebensformen existieren, die sich völlig von allem auf der Erde unterscheiden, da sie möglicherweise andere chemische Prozesse zur Energiegewinnung nutzen.
Obwohl sich die chemische Zusammensetzung des Titan stark von der der Erde unterscheidet, weist dieser große Mond Merkmale auf, die die Bewohnbarkeit begünstigen, wie beispielsweise eine dichte Atmosphäre und dynamische geologische und Verwitterungsprozesse.
Titan, aufgenommen von der Raumsonde Cassini. NASA/JPL-Caltech/Universität Nantes/Universität Arizona
Im Jahr 2022 entdeckte ein internationales Forscherteam mithilfe von Daten des NASA-Satelliten TOI-1452 b den Exoplaneten. Der Planet ist etwa 1,6-mal größer als die Erde und zählt zu den Supererden. Er ist fünfmal massereicher als die Erde, und seine Dichte deutet darauf hin, dass ein erheblicher Teil des Planeten – möglicherweise 30 % – aus Wasser besteht.
TOI-1452 b, das sich etwa 100 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet, ist ein aussichtsreicher Kandidat für weitere Beobachtungen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST).
Künstlerische Darstellung des Sterns TOI-1452b, der einen der roten Zwergsterne in einem Doppelsternsystem umkreist. Benoit Goujon, Université de Montréal
Im Juli 2024 beobachteten Forscher mithilfe des JWST-Teleskops die Atmosphäre des Exoplaneten LHS-1140 b, die möglicherweise einen flüssigen Ozean auf ihrer Oberfläche beherbergt. Der Planet umkreist einen Roten Zwergstern, der fünfmal kleiner als die Sonne ist, und befindet sich 48 Lichtjahre von der Erde entfernt.
Zusätzliche Daten des JWST-Teleskops deuten darauf hin, dass der Planet zu 10–20 % aus flüssigem Wasser bestehen könnte. LHS-1140 b umkreist den Stern, wobei ihm stets dieselbe Seite zugewandt ist. Aktuelle Modelle legen zudem nahe, dass der Planet die Form eines riesigen Schneeballs haben könnte, was auf einen „zentrierten“ Ozean auf der dem Stern zugewandten Seite schließen lässt.
Künstlerische Darstellung der Supererde LHS-1140 b. ESO/spaceengine.org
Zwei mögliche wasserhaltige Welten, Kepler-138 c und Kepler-138 d, umkreisen einen Roten Zwergstern in 218 Lichtjahren Entfernung von unserem Sonnensystem. Im Jahr 2022 entdeckten Forscher, dass die scheinbaren Dichten dieser Planeten darauf hindeuten, dass sie zu einem großen Teil aus Wasser bestehen könnten.
Forscher gehen davon aus, dass bis zu die Hälfte der Materialien, aus denen diese Planeten bestehen, leichter als Gestein, aber schwerer als Wasserstoff oder Helium sein müssen. Der häufigste Bestandteil im Universum, der diese Kriterien erfüllt, ist Wasser.
Künstlerische Darstellung des Planetensystems Kepler-138. Im Vordergrund ist die Supererde Kepler-138d zu sehen. Links befindet sich Kepler-138c, und Kepler-138b ist als Silhouette im Hintergrund erkennbar, wie er vor seinem Zentralstern vorbeizieht. NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)
Im Jahr 2014 entdeckten Astronomen Wasserdampf auf einem Neptun-großen Planeten, der 124 Lichtjahre von der Erde entfernt liegt. Der Exoplanet mit der Bezeichnung HAT-P-11 b umkreist seinen Stern in geringem Abstand und benötigt dafür nur fünf Tage. Er ist ein extrem heißer Planet mit Oberflächentemperaturen von über 530 Grad Celsius und besitzt vermutlich einen Gesteinskern sowie eine wasserstoffreiche Atmosphäre aus Wasserdampf.
Forscher haben mithilfe der Transmissionsspektroskopie Wasser in der Atmosphäre von HAT-P-11 b nachgewiesen. Wenn ein Exoplanet (aus unserer Perspektive) an seinem Stern vorbeizieht, durchdringt dessen Licht die Atmosphäre des Exoplaneten. Verschiedene Partikel in der Atmosphäre absorbieren einen Teil des Sternenlichts bei bestimmten Wellenlängen. Durch die Analyse dieser absorbierten Wellenlängen können Wissenschaftler die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre bestimmen.
Künstlerische Darstellung von HAT-P-11 b beim Vorbeiflug an seinem Zentralstern. NASA, ESA und R. Hurt (JPL-Caltech)
Im Jahr 2019 wurde Wasserdampf in der Atmosphäre von K2-18 b nachgewiesen, einem Supererde-Planeten, der 110 Lichtjahre vom Sonnensystem entfernt liegt. Dieser Exoplanet umkreist einen Roten Zwergstern und befindet sich vermutlich in der idealen Entfernung für flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche. Planetenforscher sind sich jedoch noch nicht sicher, ob es sich bei diesem Planeten um eine Gesteinswelt oder eine riesige Kugel aus Flüssigkeit und Gas handelt.
K2-18 b enthält nachweislich Wasser und könnte gemäßigte Bedingungen aufweisen, die Leben ermöglichen. ESA/Hubble, M. Kornmesser
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