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HUBBLE
Wolkiges Wetter auf zwei Exoplaneten
von Stefan Deiters
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2. Januar 2014

Zwei Wissenschaftlerteams haben mit dem Weltraumteleskop Hubble die Atmosphären von zwei extrasolaren Planeten untersucht. Sie fanden Hinweise darauf, dass das Wetter auf den fernen Welten relativ wolkig ist und die Wolken offenbar weitere Eigenschaften der übrigen Atmosphäre und auch der Planetenoberfläche vor unseren Augen verhüllen.

GJ 1214b

So könnte der Planet GJ 1214b aussehen. Bild: NASA, ESA und G. Bacon (STScI)

Bei den beiden Planeten, die zwei Astronomenteams in den vergangenen Monaten mithilfe des Weltraumteleskops Hubble untersucht haben, handelt es sich um GJ 436b und GJ 1214b. Es sind Welten, deren Größe zwischen der der Gasriesen und der erdähnlichen Gesteinsplaneten liegt - ein Größenbereich, in dem sich vermutlich die meisten Planeten der Milchstraße bewegen.

GJ 436b wird als "warmer Neptun" klassifiziert, da der Planet in etwa die Größe des Neptun aufweist, seinem Zentralstern allerdings deutlich näher ist als Neptun der Sonne. Der Planet liegt rund 36 Lichtjahre entfernt im Sternbild Löwe. GJ 1214b ist als "Super-Erde" klassifiziert und hat damit eine Masse, die zwischen der der Erde und der des Neptun liegt. Der Planet ist rund 40 Lichtjahre entfernt und liegt im Sternbild Schlangenträger.

Beide Planeten ließen sich deswegen genauer untersuchen, weil es sich bei ihnen um sogenannte Transitplaneten handelt. Das bedeutet, dass die Planeten - von der Erde aus betrachtet - regelmäßig vor ihrem Zentralstern vorüberziehen. Dabei erreicht uns auch Licht des Sterns, das zuvor die Atmosphäre des jeweiligen Planeten durchquert hat. Die spektrale Untersuchung dieses Lichts sollte somit etwas über deren Zusammensetzung verraten.

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Im Falle von GJ 436b allerdings zeigte das Spektrum keinerlei Strukturen, die Rückschlüsse auf in der Atmosphäre vorhandene Substanzen zugelassen hätten. "Entweder gibt es auf diesem Planeten eine hohe Wolkenschicht, die den Blick verhüllt oder aber eine wolkenfreie Atmosphäre, die kaum Wasserstoff enthält, womit sich der Planet sehr von Neptun unterscheiden würde", erklärt Heather Knutson vom California Institute of Technology im kalifornischen Pasadena. "Statt Wasserstoff könnte die Atmosphäre einen sehr hohen Anteil an schweren Molekülen wie Wasserdampf, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid haben, was die Atmosphäre komprimieren und es uns deutlich schwerer machen würde, chemische Signaturen zu entdecken."

Ähnliche Resultate hatte schon eine frühere Untersuchung von GJ 1214b geliefert: Das erste Spektrum deutete darauf hin, dass die Atmosphäre des Planeten entweder aus Wasserstoff besteht, jedoch von einer hohen Wolkenschicht verhüllt ist oder aber hauptsächlich aus Wasserdampf besteht. Laura Kreidberg und Jacob Nean von der University of Chicago haben daher mit Hubble versucht, einen detaillierteren Blick in die Atmosphäre von GJ 1214b zu werfen.

Auch dabei fanden sie erneut keinerlei chemische Signaturen in der Planetenatmosphäre. Die besseren Beobachtungen erlaubten es aber erstmals, die Möglichkeit auszuschließen, dass es sich um eine wolkenfreie Atmosphäre handelt, die aus Wasserdampf, Methan, Stickstoff, Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid besteht. Damit ist ein wolkenverhangener Planet die wahrscheinlichste Erklärung für die Beobachtungen. Die Wolken verdecken sämtliche Informationen über die Atmosphäre und den Planeten darunter.

"Beide Planeten verraten uns etwas über die Vielfalt von Planetentypen, die sich außerhalb unseres Sonnensystems finden lassen. In diesem Fall entdeckten wir, dass wir sie vielleicht nicht so gut kennen, wie wir bislang glaubten", so Knutson. "Wir würden wirklich gerne die Planetengröße bestimmen können, ab der sie nicht eine Miniausgabe eines Gasriesen, sondern eine Wasser- und Gesteinswelt sind, die einer großen Version der Erde ähnelt."

Modellrechnungen über die vergleichsweise heißen Atmosphären von GJ 436b und GJ 1214b haben ergeben, dass es hier exotische Wolken aus Zinksulfid oder Kaliumchlorid geben könnte. "Man würde hier Wolken erwarten, die sich deutlich von denen unterscheiden, die man beispielsweise auf der Erde findet", so Kreidberg.

Um die neuen Informationen über GJ 1214b zu gewinnen, wurde von Kreidberg und ihrem Team der Planet länger mit Hubble untersucht, als jeder andere extrasolare Planet zuvor. Sie gingen damit an die Grenze von dem, was mit Hubble möglich ist, könnten aber - so zumindest die Hoffnung - mit ihren Beobachtungen die Grundlage für die Untersuchung der Atmosphären anderer Super-Erden gelegt haben.

Über ihre Ergebnisse berichten die beiden in zwei Fachartikeln, die heute in der Wissenschaftszeitschrift Nature erscheinen. 

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siehe auch
Hubble: Hinweise auf Wasser in fernen Atmosphären - 4. Dezember 2013
Extrasolare Planeten: Hubble beobachtet Atmosphäre einer fernen Welt - 28. November 2001
Ferne Welten - die astronews.com Berichterstattung über die Suche nach extrasolaren Planeten
Links im WWW
Preprint des Fachartikels von Kreidberg et al. (pdf-Download von HubbleSite.org)
Preprint des Fachartikels von Knutson et al. (pdf-Download von HubbleSite.org)
HubbleSite.org, Seite des STScI
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