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HUBBLE & SPITZER
Blick in die Atmosphären von Exoplaneten
von Stefan Deiters
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21. Dezember 2015

Die Untersuchung der Atmosphären von extrasolaren Planeten ist außerordentlich schwierig. Trotzdem ist es Wissenschaftlern schon wiederholt gelungen, etwas mehr über ihre Zusammensetzung zu lernen. Zu ihrer Überraschung fanden sie jedoch teilweise dort deutlich weniger Wasser als erwartet. Neue Beobachtungen könnten nun helfen, diesen Befund zu erklären.

Heiße Jupiter

Künstlerische Darstellung einiger der untersuchten heißen Jupiter: Die dargestellten Strukturen in den Atmosphären basieren auf Modellrechnungen. Mit Ausnahme von HD 189733b sind die Farben der Planeten nicht bekannt. Bild: ESA / Hubble & NASA [Gesamtansicht

Astronomen haben bislang knapp 2.000 extrasolare Planeten aufgespürt, die um ferne Sonnen kreisen. Darunter befindet sich auch ein Typ von Planet, den man aus unserem Sonnensystem nicht kennt: Es handelt sich um gewaltige Gasriesen, die in etwa vergleichbar mit unserem Jupiter sind, aber im Gegensatz zu diesem, ihren Zentralstern in äußerst geringem Abstand umkreisen. Die Astronomen bezeichnen diesen Planetentyp als "heiße Jupiter".

Da diese heißen Jupiter einen so geringen Abstand von ihrer Sonne haben, ist ihre genauere Untersuchung äußerst schwierig: Der Zentralstern überstrahlt nämlich häufig die fernen Welten und macht ihr Studium praktisch unmöglich. Trotzdem gibt es Konstellationen, in denen man mehr über solche Welten lernen kann - etwa, wenn der "heiße Jupiter", von der Erde aus betrachtet, vor seiner Sonne vorüberzieht, es sich also um einen Transitplaneten handelt.

Auf diese Weise wurden mithilfe des Weltraumteleskops Hubble bereits einige Atmosphären von heißen Jupitern untersucht. Dabei stellte man fest, dass manche der untersuchten Planeten offenbar über deutlich weniger Wasser in ihrer Atmosphäre verfügten, als die Wissenschaftler eigentlich vermutet hatten (astronews.com berichtete). 

Jetzt haben Astronomen die bislang umfangreichste vergleichende Studie von Atmosphären von heißen Jupitern vorgelegt. Sie untersuchten dazu zehn heiße Jupiter, von denen bislang nur drei detaillierter beobachtet worden waren. Die Planeten unterscheiden sich in Größe, Masse und Temperatur und wurden in einem Wellenlängenbereich untersucht, der vom Ultravioletten bis zum mittleren Infrarot reicht.

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"Ich bin ganz begeistert, diese vielfältige Gruppe von Planeten vergleichen zu können", so David Sing von der University of Exeter in Großbritannien. "Erstmals haben wir eine ausreichende Abdeckung im Wellenlängenbereich, um verschiedene Eigenschaften von einem Planeten zum anderen vergleichen zu können. Dabei stellte sich heraus, dass die Atmosphären von Planeten deutlich vielfältiger sind, als wir das erwartet hatten."

Bei allen untersuchten Planeten handelt es sich um Transitplaneten. Es kommt also immer wieder vor, dass Licht des Zentralsterns auf dem Weg zur Erde durch die Atmosphäre der fernen Welten fällt. Die Bestandteile in der Atmosphäre hinterlassen dann typische Signaturen im Spektrum des entfernten Sterns. Die Analyse des Spektrums verrät somit etwas über die Stoffe, die sich in der Atmosphäre der fernen Planeten finden lassen.

So lässt sich beispielsweise auch feststellen, ob sich in der Gashülle einer fernen Welt Wasser befindet und ob die Exoplaneten-Atmosphäre eher "wolkig" oder "wolkenlos" ist - genau dies könnte nämlich eventuell erklären, warum man in manchen Atmosphären weniger Wasser nachweisen konnte, als man eigentlich erwartet hatte.

Und tatsächlich: Die stärkste Signatur von Wasser fand sich in den Atmosphären von heißen Jupitern, die praktisch wolkenlos waren. In Planetenatmosphären, in denen sich Wolken oder auch ein Dunstschleier zeigte, war nur ein schwaches Signal von Wasser auszumachen. Dunst und Wolken können das Signal von Wasser deutlich dämpfen, so dass dieser Befund das Rätsel um das fehlende Wasser löst.

"Die Alternative dazu wäre, dass die Planeten in einer Umgebung entstanden sind, in der es vergleichsweise wenig Wasser gab", so Jonathan Fortney von der University of California in Santa Cruz. "Das hätte allerdings eine komplette Änderung unserer Theorien über die Entstehung von Planeten erfordert. Unsere Beobachtungen widersprechen diesem 'trockenen Szenario' und deuten stark darauf hin, dass einfach Wolken das Wasser vor unseren Augen verbergen."

Über ihre Beobachtungen berichteten die Wissenschaftler in der vergangenen Woche in der Fachzeitschrift Nature.  

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siehe auch
Hubble: Überraschend wenig Wasser auf Exoplaneten - 25. Juli 2014
Hubble: Hinweise auf Wasser in fernen Atmosphären - 4. Dezember 2013
WASP-12: Stern verdampft seinen Planeten - 2. April 2013
Hubble: Der kometenhafte Schweif von HD 209458b - 16. Juli 2010
VLT: Gewaltiger Sturm auf HD 209458b - 23. Juni 2010
WASP-12b: Ein Stern verspeist seinen Planeten - 20. Mai 2010
Extrasolare Planeten: Wasser in der Atmosphäre von HD 209458b? - 12. April 2007
Extrasolare Planeten: Gasriese verdampft um HD 209458 - 13. März 2003
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 bei arXiv.org
spacetelescope.org, Seite der ESA
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