Eine neue Studie zeigt, dass riesige Magma-„Ozeane“ tief in einigen felsigen Exoplaneten („Supererden“) verborgen sein könnten, die weitaus massereicher als die Erde sind und auf unerwartete Weise starke planetarische Magnetfelder erzeugen und so einen wichtigen Schutz für potenzielles außerirdisches Leben bieten. Diese von der Universität Rochester in den Vereinigten Staaten durchgeführte Studie geht davon aus, dass diese verborgenen Magmaschichten voraussichtlich wie der äußere Erdkern wie planetarische „Generatoren“ wirken und hochenergetischer Strahlung und geladenen Teilchen von Sternen und dem Weltraum widerstehen.
Im Inneren der Erde treibt die Konvektionsbewegung des äußeren Kerns aus flüssigem Eisen einen Prozess an, der als „magnetohydrodynamischer Dynamo“ (Dynamo) bezeichnet wird und das Erdmagnetfeld erzeugt und aufrechterhält. Bei Gesteinsplaneten mit größerem Volumen und höherem Innendruck kann es jedoch sein, dass ihre Eisenkerne teilweise oder vollständig verfestigt sind oder sich in einem ungewöhnlichen physikalischen Zustand befinden, was es für den herkömmlichen Energieerzeugungsmechanismus mit Metallkern schwierig macht, stabil zu funktionieren. Das bedeutet, dass viele Supererden ohne das Eingreifen anderer Mechanismen keine starke Magnetfeldbarriere haben werden, was es schwierig macht, eine Oberflächenumgebung aufrechtzuerhalten, die für das langfristige Überleben des Lebens geeignet ist.
Miki Nakajima, außerordentlicher Professor am Department of Earth and Environmental Sciences der University of Rochester, und sein Team schlugen in einem in Nature Astronomy veröffentlichten Artikel vor, dass eine geschmolzene Hochdruckschicht tief im Planeten, die als „basaler Magma-Ozean“ (BMO) bezeichnet wird, möglicherweise in der Lage sein könnte, das Magnetfeld des Planeten unabhängig aufrechtzuerhalten. Dieser Magma-Ozean befindet sich am Boden des Erdmantels in einer Umgebung mit extrem hohem Druck und hoher Temperatur. Untersuchungen zeigen, dass unter solchen Bedingungen die elektrische Leitfähigkeit von geschmolzenem Gestein, das ursprünglich als Isolator oder schwacher Leiter galt, deutlich genug ansteigt, um ein Magnetfeld im Planetenmaßstab zu unterstützen, das Milliarden von Jahren andauern könnte.
„Starke Magnetfelder sind für die Existenz planetaren Lebens unerlässlich.“ Nakajima wies darauf hin, dass die meisten terrestrischen Planeten im Sonnensystem – wie Mars und Venus – entweder ihr globales Magnetfeld verloren oder nie ein stabiles Magnetfeld gebildet hätten, hauptsächlich weil es in ihren Kernen an ausreichenden Konvektions- und Energiebedingungen mangele. Sie sagte, dass im Vergleich dazu viele Supererden aufgrund ihrer größeren Masse und ihres höheren Innendrucks nicht nur die Möglichkeit hätten, einen metallischen Generator im Kern aufrechtzuerhalten, sondern möglicherweise auch eine Reihe von „Magmageneratoren“ im tiefen Magmaozean anzubringen. Die beiden Mechanismen erhöhen gemeinsam die Wahrscheinlichkeit, dass der Planet bewohnbar wird.
Nach aktuellen Exoplanetenbeobachtungen sind Supererden der häufigste Planetentyp in der Milchstraße: Sie sind meist um ein Vielfaches so groß wie die Erde, aber kleiner als Eisriesen wie Neptun. Es wird allgemein angenommen, dass sie hauptsächlich aus Gesteinen und Metallen bestehen und eher eine relativ „feste“ Oberfläche als dicke Gashüllen haben. Obwohl solche Planeten im Sonnensystem nicht existieren, wurden Supererden in den bewohnbaren Zonen vieler Sterne gefunden. Auf ihren Oberflächen kann theoretisch flüssiges Wasser existieren, weshalb sie seit langem als wichtiges Ziel bei der Suche nach außerirdischem Leben angesehen werden. Das Forschungsteam wies darauf hin, dass für die Beurteilung, ob diese Planeten wirklich „bewohnbar“ sind, die Stärke des Magnetfelds ein ebenso wichtiger Indikator ist wie die Aufrechterhaltung der Atmosphäre und die Fähigkeit zur Strahlenabschirmung.
Um die extreme Umgebung tief in der Supererde im Labor nachzubilden, führte Nakajimas Team Laserschockexperimente im Laser Energy Laboratory der University of Rochester durch, ergänzt durch quantenmechanische Berechnungen und numerische Modelle der Planetenentwicklung. Die Forscher wählten repräsentative Mantelmaterialien wie Magnesium- und Eisenreiche Oxide ((Mg, Fe)O) aus und verwendeten Hochleistungslaser, um die Proben sofort unter Druck zu setzen und zu erhitzen, sodass sie Druck und Temperaturen standhalten konnten, die mit denen im tiefen Mantel von Supererden vergleichbar sind, und dann ihre Leitfähigkeitsänderungen im geschmolzenen Zustand maßen. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass geschmolzenes Gestein unter extremen Drücken von Millionen Atmosphären eine ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen kann und in Kombination mit der inneren Konvektionsbewegung des Planeten über Milliarden von Jahren ein Magnetfeld aufrechterhalten kann, das dem Erdmagnetfeld ähnelt oder sogar stärker ist.
Modellprojektionen zeigen, dass eine Supererde mit einem Volumen, das etwa drei- bis sechsmal so groß ist wie das der Erde, am ehesten in der Lage ist, einen solchen Magmaozean im Keller über einen langen Zeitraum aufrecht zu erhalten und ein starkes und langanhaltendes Magnetfeld zu erzeugen. Die Studie wies auch darauf hin, dass der Magmagenerator im Vergleich zum Kerngenerator möglicherweise weniger empfindlich auf Änderungen der Legierungszusammensetzung reagiert, länger hält und einen stabileren Schutz für die Atmosphäre und das Oberflächenleben während der Abkühlung und Entwicklung des Planeten bietet. Dies bietet Astronomen ein neues internes Strukturkriterium bei der Beurteilung, ob ein Exoplanet „bewohnbar“ ist: Auch wenn die Eisenkernbedingungen des Planeten nicht ideal sind, kann er, solange der tiefe Magmaozean dick genug und die Konvektion stark genug ist, immer noch über ein Magnetfeld verfügen, um die Atmosphäre und das Leben zu schützen.
„Diese Arbeit ist für mich sowohl spannend als auch herausfordernd, da mein Forschungshintergrund hauptsächlich in Theorie und Berechnung liegt und dies das erste Mal ist, dass ich persönlich an Hochdruckexperimenten teilgenommen habe.“ Nakajima sagte, dass sie den Mitarbeitern aus verschiedenen Forschungsrichtungen für den Abschluss dieser interdisziplinären Forschung dankbar sei und sich darauf freue, diese Hypothese in Zukunft durch Beobachtungen des Magnetfelds von Exoplaneten zu testen. Mit der Weiterentwicklung der astronomischen Beobachtungstechnologie wird die Ableitung der Stärke des Magnetfelds der Supererde durch Sternbedeckung, Radiostrahlung oder Sternwind-Wechselwirkungssignale in Zukunft wichtige Beweise für die Verifizierung des Mechanismus des „Magma-Ozean-Magnetfelds“ liefern.
Der Artikel „Conductivity of (Mg, Fe)O under extreme Pressure and its implications for planetary magma ozeans“ wurde am 15. Januar 2026 in „Nature Astronomy“ veröffentlicht und vervollständigt das Verständnis der Menschheit darüber, wie die innere Struktur von Planeten Magnetfelder und Bewohnbarkeit beeinflusst. Das Forschungsteam geht davon aus, dass wir, je mehr Informationen über das Innere und das Magnetfeld von Exoplaneten gewonnen werden, möglicherweise herausfinden, dass der tief im Planeten verborgene „dunkle Ozean“ aus Magma stillschweigend einen unsichtbaren, aber entscheidenden Schutzschirm für potenzielle Lebenswelten im Universum darstellt.