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EXTRASOLARE PLANETEN
Wasserdampf um fernen Eisriesen
von Stefan Deiters
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25. September 2014

Durch die Zusammenarbeit der Weltraumteleskope Kepler, Hubble und Spitzer ist es Astronomen gelungen, erstmals Wasserdampf in der Atmosphäre eines nur neptungroßen Planeten nachzuweisen. Bei der Welt in rund 120 Lichtjahren Entfernung handelt es sich um den masseärmsten Planeten, bei dem dieser Nachweis bislang gelungen ist.

HAT-P-11b

So könnte ein Transit von HAT-P-11b vor seiner Sonne aussehen. Bild: NASA / JPL-Caltech [Großansicht]

Der Planet HAT-P-11b ist ungefähr so groß wie der Eisriese Neptun in unserem Sonnensystem und umkreist einen Stern im Sternbild Schwan, der rund 120 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Anders als Neptun umrundet HAT-P-11b seine Sonne allerdings in einem äußerst geringen Abstand: Für einen Umlauf benötigt die ferne Welt nur etwa fünf Tage.

Bei HAT-P-11b dürfte es sich also um eine sehr warme Welt handeln. Die Astronomen vermuten, dass der Planet einen festen Gesteinskern besitzt, einen Mantel aus flüssigem Material und Eis sowie eine dichte Atmosphäre aus Gas. Genaueres über die Zusammensetzung solcher fernen Eisriesen wusste man bislang jedoch nicht.

Für Wissenschaftler ist es nicht einfach, mehr über Planeten in anderen Sonnensystemen zu erfahren. Die besten Chancen dazu bieten sich, wenn man den Planeten entweder direkt beobachten kann oder er aber – von der Erde aus betrachtet – kurz vor seiner Sonne vorüberzieht. Bei HAT-P-11b war letzteres der Fall, die ferne Welt ist also ein Transitplanet.

Während der Planet vor der Scheibe seiner Sonne vorüberzieht, durchläuft auch ein Teil des Lichts des Sterns auf dem Weg zur Erde die Atmosphäre des Planeten. Ein im richtigen Moment aufgenommenes Spektrum kann den Astronomen daher etwas über die Zusammensetzung der Atmosphäre der fernen Welt verraten. Bislang war dies jedoch nur bei deutlich größeren Planeten möglich, die einfacher zu beobachten sind.

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Jetzt gelang dies erstmals - dank der Leistungsfähigkeit des Weltraumteleskops Hubble - auch bei einem kleineren Planeten: Die Astronomen konnten Wasserdampf in der Atmosphäre von HAT-P-11b nachweisen. "Wenn Astronomen mit ihren teleskopischen Beobachtungen beginnen, wünschen sie sich Glück mit den Worten 'Clear Skies' ('klarer Himmel')", meint Jonathan Fraine von der University of Maryland, einer der beteiligten Astronomen. "In diesem Fall haben wir einen klaren Himmel auf einem fernen Planeten gefunden. Das war Glück, denn dadurch konnten Wolken nicht den Blick auf die Wassermoleküle behindern."

Über das Wetter auf der fernen Welt wussten die Astronomen bei Beginn ihrer Untersuchung verständlicherweise noch nichts: "Wir haben mit der Beobachtung der Atmosphäre von HAT-P-11b begonnen, ohne zu wissen, ob es gerade wolkig ist oder nicht", erläutert Teammitglied Nikku Madhusudhan von der Universität im englischen Cambridge. "Durch Spektroskopie konnten wir mit Hubble nun Wasserdampf in der Atmosphäre nachweisen. Das bedeutet, dass keine dicken Wolken unseren Blick versperrt haben und macht uns zuversichtlich, dass wir in Zukunft noch mehr kleinere, wolkenlose Planeten beobachten können."

Doch bevor sich die Astronomen sicher sein konnten, dass sie tatsächlich Wasserdampf auf HAT-P-11b nachgewiesen hatten, musste sie überprüfen, ob die entdeckte Signatur nicht vielleicht durch Wasserdampf entstanden ist, der sich in einer kalten Region auf dem Zentralstern des fernen Systems befindet, also in einem Sternenfleck. Hier konnte nun Kepler helfen: Das Weltraumteleskop hatte die Himmelsregion von HAT-P-11b mehrere Jahre lang anvisiert. Durch Kombination dieser Daten mit Beobachtungen des Infrarot-Weltraumteleskops Spitzer ließ sich ermitteln, dass die Sternenflecken auf dem Stern so heiß sein müssen, dass es dort keinen Wasserdampf geben kann. Das Signal des Wasserdampfs musste also aus der Planetenatmosphäre stammen.

Die Daten der drei Teleskope lassen somit den Schluss zu, dass HAT-P-11b von Wasserdampf, Wasserstoffgas und bislang noch nicht identifizierten Molekülen umgeben ist. Damit ist die ferne Welt auch der bislang kleinste Planet, bei dem Moleküle direkt mithilfe spektroskopischer Untersuchungen nachgewiesen werden konnte.

Die aktuelle Entdeckung ist für die Astronomen ein wichtiger Schritt zum Verständnis der Entstehung von ganz unterschiedlichen Planeten um ferne Sonnen. Die Hoffnung ist, die erprobte Methode nicht nur auf weitere neptungroße Planeten anwenden zu können, sondern in nicht allzu fernen Zukunft auch auf kleinere, mehr erdähnliche Gesteinsplaneten. Hier könnten detaillierte Analysen der atmosphärischen Zusammensetzung eventuell auch Hinweise auf mögliches Leben auf den fernen Welten liefern.

Über ihre Beobachtungen berichten die Astronomen in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Nature.

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Ferne Welten - die astronews.com Berichterstattung über die Suche nach extrasolaren Planeten
Links im WWW
Preprint des Fachartikels (pdf-Download von spacetelescope.org)
spacetelescope.org, Seite der ESA
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