Astronomen, die sich mit der Entdeckung und Erforschung von Planeten um andere Sonnen beschäftigen, haben von unerwarteter Seite Unterstützung bekommen: Mit Hilfe des Infrarot-Weltraumteleskops Spitzer gelang es nun erstmals, Spektren der fernen Welten aufzunehmen und so mehr über die Zusammensetzung der Atmosphäre der Exoplaneten zu erfahren. Dabei gab es manche Überraschung.

So stellt sich ein Künstler Planeten wie HD 209458b oder HD 189733b vor. Bild: NASA / JPL-Caltech

"Das war schon eine gewaltige Überraschung", meinte Spitzer-Projektwissenschaftler Dr. Michael Werner von Jet Propulsion Laboratory der NASA im kalifornischen Pasadena. "Als wir das Spitzer-Weltraumteleskop konstruierten, haben wir nicht im Traum daran gedacht, dass es einmal einen so wichtigen Schritt bei der Erforschung von extrasolaren Planeten ermöglichen würde." Das Ergebnis, das nun die Forscher begeistert, gelang durch die Beobachtung von zwei Gasriesen, die ferne Sonnen umrunden: HD 209458b und HD 189733b.

Bei beiden Planeten handelt es sich um so genannte "Heiße Jupiter". Sie ähneln dem größten Planeten unseres Sonnensystems, umrunden ihren Zentralstern aber in deutlich geringerem Abstand als Jupiter. In den letzten Jahren hat man unzählige dieser "Heißen Jupiter" aufgespürt, was im wesentlichen eine Folge der verwendeten Suchmethode ist: Da man nach dem Einfluss eines umlaufenden Planeten auf seinen Zentralstern fahndet, findet man natürlich besonders leicht Riesenplaneten, die in einer sehr engen Umlaufbahn um ihre Sonne kreisen.

Die Spitzer-Daten deuten darauf hin, dass die zwei untersuchten Planeten deutlich trockener und staubiger sind als bislang angenommen. Von Theoretikern war vorhergesagt worden, dass heiße Jupiter sehr viel Wasser in ihrer Atmosphäre haben müssen, doch wurde um HD 209458b und HD 189733b keine Spur davon entdeckt. Die Astronomen glauben, dass trotzdem Wasser vorhanden sein könnte, wenn es beispielsweise unter einer dicken Wolkendecken verborgen ist, die selbst kein Wasser enthält.

Diese wasserlosen Wolken könnten aber, so die Vermutung der Astronomen, Staub enthalten. Im Falle von HD 209458b fanden die Forscher Hinweise auf Sandkörner, also Silikate, in der Atmosphäre. Dies könnte drauf hindeuten, dass der Himmel dieser fernen Welt von hohen, staubigen Wolken verhangen ist und sich damit deutlich von dem unterscheidet, was wir von den Planeten in unserem Sonnensystem kennen. "Die Köpfe der Theoretiker haben angefangen zu rauchen als sie diese Daten sahen", meinte Dr. Jeremy Richardson vom NASA Goddard Space Flight Center.

"Es ist nahezu unmöglich, dass es keinen Wasserdampf auf diesem Planeten gibt", unterstreicht Richardson. "Das bedeutet, dass er irgendwo versteckt sein muss und eine Erklärung wäre die Staubschicht, die wir in unserem Spektrum gesehen haben." Richardson ist Hauptautor eines Artikels über die Beobachtungen von HD 209458b, der in der heutigen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature erscheint.

Noch zwei andere Forschergruppen haben Spitzer benutzt, um die Atmosphären ferner Welten zu analysieren: Ein Team um Dr. Carl Grillmair vom Spitzer Science Center am California Institute of Technology hat den Planeten HD 189733b genauer untersucht, eine Gruppe um Dr. Mark R. Swain vom Jet Propulsion Laboratory hat sich auch mit HD 209458b beschäftigt und ist zu ähnlichen Ergebnissen gekommen.

Spitzer war ursprünglich nicht dafür konstruiert, Atmosphären ferner Planeten zu untersuchen. Bild: NASA / JPL-Caltech

Die Analyse der fernen Atmosphären gelang durch die Aufnahme von Spektren des Lichts der Exoplaneten. In diesen Spektren finden sich wie Fingerabdrücke Hinweise auf die chemische Zusammensetzung des Körpers, von dem das Licht stammt. Bislang hat man allerdings nur von Planeten unseres eigenen Sonnensystems Spektren gewinnen können. Planeten um ferne Sonnen waren zu weit entfernt. Nach dem unerwarteten Erfolg von Spitzer hoffen die Astronomen bald auch Spektren von kleineren, wohlmöglich erdähnlichen extrasolaren Planeten aufnehmen zu können. In deren Spektren könnten sich dann auch Hinweise auf Lebensspuren verbergen.

"Die neuen Beobachtungen helfen uns Methoden zu entwickeln, mit deren Hilfe wir Leben auf anderen Planeten entdecken können, wenn es denn dort welches gibt", so Swain. "Das ist so etwas wie eine Generalprobe."

Doch eines ist den Forschern klar: Zum jetzigen Erfolg trug nicht nur Spitzers Leistungsfähigkeit, sondern auch ein anderer besonderer Umstand bei. Beide untersuchten Planeten gehören nämlich zu einer seltenen Gruppe von fernen Welten, die - von der Erde aus betrachtet - regelmäßig hinter ihrem Zentralstern verschwinden. Befindet sich aber der Planet - von uns aus gesehen - hinter seiner Sonne, erreicht uns weniger Licht als wenn sich der Planet - von uns aus gesehen - neben seiner Sonne befindet.

Mit Spitzer haben die Forscher das Schwächerwerden der Infrarotstrahlung beobachtet, das in dem Moment einsetzte, als der Planet hinter seiner Sonne verschwand. Auf diese Weise kann man ermitteln, wie viel Licht des Systems nur von dem Planeten stammt - eine Methode die allerdings nur im Infraroten funktioniert, weil in diesem Wellenlängenbereich der Planet deutlich heller ist und von dem alles überstrahlenden Zentralstern besser getrennt werden kann als etwa im sichtbaren Bereich des Lichtes.

Nimmt man nun ein Spektrum auf, wenn der Planet gerade hinter seiner Sonne steht und eines, das das Licht von beiden Objekten umfasst, so kann man die Spektren voneinander abziehen und es bleibt allein das Spektrum des Planeten übrig. "Als wir uns an die Arbeit machten, haben viele gedacht, dass diese Methode kaum Aussicht auf Erfolg haben wird", erinnert sich Grillmair. "Aber Spitzer hat ganze Arbeit geleistet und hat sich dieser Aufgabe mehr als gewachsen gezeigt."

HD 209458b wurde erst unlängst auch vom Hubble-Weltraumteleskop beobachtet. Hubble hat dabei einzelne Elemente wie Natrium, Sauerstoff und Wasserstoff nachweisen können, die sich in einer sehr hoch gelegenen Schicht befanden, die deutlich über dem Bereich liegt, aus dem Spitzer Daten gesammelt hat. So weit draußen könnten Moleküle wie Wasser gar nicht existieren. Mit Hubble haben die Forscher Änderungen im Licht des Sterns - und nicht des Planeten - gemessen als der Planet vor dem Stern vorüberzog (astronews.com berichtete).

Astronomen hoffen, dass sie Spitzer noch für weitere Beobachtungen von Planeten nutzen können, die - von uns aus gesehen - vor ihrer Sonne vorbeiziehen. Von den rund 200 bislang entdeckten Exoplaneten tun dies 14, von denen sich drei weitere Planeten für die Aufnahme von Spektren anbieten würden. Doch auch bei HD 209458b und HD 189733b sollen weitere Untersuchungen helfen, ein besseres Bild von der Atmosphäre um diese fernen Welten zu bekommen.