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EXTRASOLARE PLANETEN
Die Atmosphären ferner Welten
von Stefan Deiters
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10. Mai 2013

Astronomen haben inzwischen mehr als 800 extrasolare Planeten entdeckt. Doch wie sehen diese fernen Welten eigentlich aus? Mithilfe neuer Instrumente und ausgefeilter Software versuchen Forscher nun Spektren von extrasolaren Planeten aufzunehmen, um so die Zusammensetzung ihrer Atmosphäre zu studieren - teils mit beachtlichem Erfolg.

HR 8799

Blick in das System HR 8799 mit vier Planeten (markiert). Das Licht des Sterns selbst wurde ausgeblendet. Bild: Project 1640

"In nur einer Stunde konnten wir präzise Informationen über vier Planeten um einen äußerst hellen Stern sammeln", freut sich Gautam Vasisht vom Jet Propulsion Laboratory der NASA. "Der Stern ist hunderttausendmal heller als die Planeten, so dass wir einen Weg finden mussten, das Licht des Sterns zu entfernen und das extrem schwache Leuchten der Planeten zu isolieren."

Die Forschergruppe macht diese aufwendigen direkten Beobachtungen von extrasolaren Planeten mit einer unter der Bezeichnung "Project 1640" entwickelten Kombination aus fortschrittlicher Software und modernen Instrumenten. Dabei geht es den Astronomen nicht nur um die Abbildung der fernen Planeten, sondern um die Aufnahme von Spektren der lichtschwachen Welten. Aus diesen lassen sich dann Informationen über die chemische Zusammensetzung der beobachteten Objekte ableiten.

"Das ist vergleichbar mit dem Versuch, mit einer einzelnen Aufnahme des Empire State Buildings aus einem Flugzeug etwas über eine kleine Unebenheit auf dem Bürgersteig daneben zu erfahren, die nicht höher ist als eine Ameise", verdeutlicht Ben R. Oppenheimer, der Leiter der Astrophysik-Abteilung des American Museum of Natural History, die Schwierigkeit des Vorhabens.

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Kürzlich konnte das Team nun erste Ergebnisse vorstellen. Sie betreffen das System HR 8799, in dem 2008 drei Planeten direkt beobachtet worden waren. Ein vierter Planet konnte 2010 aufgespürt werden (astronews.com berichtete wiederholt). Die spektrale Untersuchung der vier Planeten, bei denen es sich um Gasriesen handelt, zeigte, dass sie alle eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung aufweisen, aber fast die gleiche Temperatur haben. Die Beobachtungen wurden am Palomar Observatory in der Nähe von San Diego gemacht.

Zur Überraschung der Astronomen fanden sie bei manchen Planeten kein Methan, bei anderen wiederum gab es Hinweise auf Ammoniak und andere Verbindungen in der Atmosphäre, die man dort nicht erwartet hatte. Die neuen Daten dürften Theoretiker, die Modelle über den chemischen Aufbau solcher Planeten entwickeln, nun erst einmal beschäftigen.

Als nächstes wollen die Forscher von "Project 1640" weitere Systeme aufspüren, von deren Planeten sich möglichst genaue Spektren gewinnen lassen. Ideal wären dazu möglichst junge Planeten, die durch ihre Entstehung noch so warm sind, dass sie im Infraroten vergleichsweise hell leuchten. "Wir suchen nach Super-Jupitern, die möglichst weit von ihrem Stern entfernt sind", so Vasisht. "Wenn unsere Technik besser wird, hoffen wir, auch die molekulare Zusammensetzung von kleineren und etwas älteren Gasplaneten feststellen zu können."

Mit den bislang zur Verfügung stehenden Instrumenten sind allerdings solchen Messungen noch Grenzen gesetzt: Selbst mit dem Hubble-Nachfolger, dem James Webb Space Telescope, werden sich nur Planeten auf diese Weise untersuchen lassen, die mindestens so groß wie Saturn sind. "Erdähnliche Gesteinsplaneten sind zu klein und liegen zu nahe an ihrer Sonne, um sie mit unserer Technologie und sogar mit James Webb erfassen zu können", so Charles Beichman, geschäftsführender Direktor des Exoplanet Science Institute der NASA am California Institute of Technology.

Aber auch die Untersuchung von äußeren Gasriesen ist für die Astronomen von großer Bedeutung: "Die äußeren Gasplaneten bestimmen das Schicksal der Gesteinsplaneten wie der Erde", erklärt Vasisht. "Gasplaneten können ins Innere, in Richtung des Zentralsterns wandern und dabei die dortigen Gesteinsplaneten durcheinanderwirbeln oder sogar aus dem System werfen. Wir schauen uns diese Planeten an, bevor sie nach innen wandern und hoffen, so mehr darüber zu lernen, wie und wann sie das Schicksal der Gesteinsplaneten im Inneren beeinflussen könnten."

Die "Project 1640"-Beobachtungen werden auch in einem Fachartikel beschrieben, der in der Zeitschrift Astrophysical Journal erschienen ist.

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siehe auch
HR 8799: Die Atmosphäre eines fernen Gasriesen - 15. März 2013
Extrasolare Planeten: Planetenfunde im Hubble-Archiv - 7. Oktober 2011
Extrasolare Planeten: Kleines Teleskop fotografiert drei Exoplaneten - 15. April 2010
VLT: Erstes direktes Spektrum eines Exoplaneten - 13. Januar 2010
Extrasolare Planeten: Beschreibung eines fernen Planetensystems - 21. August 2009
Keck & Gemini: Drei Exoplaneten auf einem Bild - 13. November 2008
Ferne Welten - die astronews.com Berichterstattung über die Suche nach extrasolaren Planeten 
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Project 1640, Seiten des American Museum of Natural History
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