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TRAPPIST-1
Ein Planet könnte der Erde ähneln
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Bern
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5. Februar 2018

Um den roten Zwergstern TRAPPIST-1 kreist ein System aus sieben Planeten. Bislang wusste man von den Welten in rund 40 Lichtjahren Entfernung nicht viel mehr als die Größe, eine neue Analyse lieferte nun auch Daten über ihre Masse. Dadurch lässt sich nun einiges über Zusammensetzung und Aussehen der Planeten sagen. Besonders interessant scheint TRAPPIST-1e.

TRAPPIST-1

Eine interessante Planetenfamilie um TRAPPIST-1: Die Illustration zeigt, wie die Oberflächen der fernen Welten aufgrund der neuen Resultate aussehen könnten. Bild: NASA/JPL-Caltech [Großansicht]

TRAPPIST-1e ist der bisher erdähnlichste bekannte extrasolare Planet - zumindest, was seine Größe, seine Dichte und die Strahlungsmenge betrifft, die er von seinem Stern erhält. Als einziger der sieben TRAPPIST-1-Planeten ist er etwas dichter als die Erde, und es ist nicht ausgeschlossen, dass es auf seiner Oberfläche flüssiges Wasser gibt. Mindestens fünf der leichteren Planeten haben eine Hülle aus flüchtigen Stoffen in Form von Atmosphären, Ozeanen oder Eisschichten. Ihr Wasseranteil beträgt bis zu 5 Prozent, was im Vergleich zur Erde viel ist, wo die Meere nur 0,02 Prozent der Planetenmasse ausmachen.

Dies sind neue Erkenntnisse eines internationalen Forscherteams unter der Leitung von Simon Grimm vom Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern und dem Nationalen Forschungsschwerpunkt PlanetS. "Ich habe die Massen der Planeten berechnet", erklärt der Forscher: "Diese Werte bilden die Grundlage für weitere Modelle, die Aussagen über die Zusammensetzung erlauben." Die Bedeutung der Erkenntnisse betont auch Brice-Olivier Demory, Professor am CSH, der an der Studie beteiligt war. "Wir konnten die Dichte von Exoplaneten, die in Größe, Masse und Einstrahlung mit der Erde vergleichbar sind, mit einer Ungenauigkeit von weniger als 10% präzise messen, was eine Premiere ist und ein entscheidender Schritt bei der Charakterisierung der potenziellen Bewohnbarkeit."

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Die sieben Planeten um den kühlen, roten Zwergstern TRAPPIST-1 wurden in den vergangenen zwei Jahren von Instrumenten am Boden und mit NASA-Weltraumteleskopen entdeckt (astronews.com berichtete). Sie ziehen von uns aus gesehen direkt vor ihrem Mutterstern vorüber und verdunkeln bei diesen sogenannten Transits den Stern. Aus der Abnahme der Strahlung bei Transits lässt sich normalerweise ableiten, wie groß ein Planet ist – nicht aber welche Masse er hat. Dazu braucht es mehr: "Im TRAPPIST-1-System sind die Planeten so nahe beieinander, dass sie sich gegenseitig stören", erklärt Grimm. "Dadurch verschieben sich die Zeitpunkte der Transits jeweils leicht. Mit einem Computermodell kann man versuchen, die Planetenbahnen zu simulieren, bis die berechneten Transits mit den beobachteten Werten übereinstimmen und sich so auch die Planetenmassen ergeben."

Insgesamt mussten die Forscher 35 Parameter bestimmen und möglichst genau anpassen. Grimm entwickelte dazu einen neuen Algorithmus, mit dem es ihm gelang, das 35-dimensionale Problem zu lösen. "Ich habe fast ein Jahr lang an diesem Projekt gearbeitet, bis alles funktioniert hat", erzählt der CSH-Forscher: "Für die Berechnungen an der Uni Bern mit Computern mit parallelen Grafikprozessoren brauchte es schlussendlich nur noch ein paar Tage."

Dank der neuen Massenberechnungen lassen sich die Dichten der Planeten besser abschätzen als bisher möglich und dadurch neue Erkenntnisse über deren Zusammensetzung gewinnen. So kommt das Forschungsteam zum Schluss, dass die beiden innersten Planeten, TRAPPIST-1b und c, vermutlich eine dichte Atmosphäre haben, während TRAPPIST-1e wahrscheinlich ein Gesteinsplanet mit einer dünnen Atmosphäre ist. TRAPPIST-1d entspricht nur etwa 30% der Erdmasse und ist damit der leichteste der sieben Planeten. Er ist vermutlich von flüchtigen Stoffen wie Wasser umgeben – aber ob es sich um eine ausgedehnte Atmosphäre, einen Ozean oder eine Eisschicht handelt, ist unbekannt.

Die drei äußersten Planeten hingegen, TRAPPIST-1f, g und h, sind so weit vom Stern entfernt, dass ihre Oberflächen vermutlich von einer Eisschicht überzogen sind. Eine fast zeitgleich veröffentlichte Studie, in der Beobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop ausgewertet wurden, konnte bei keinem der untersuchten Planeten eine wasserstoffreiche Atmosphäre nachweisen. Genauere Erkenntnisse über die Planetenatmosphären erhofft man sich deshalb vom James-Webb-Weltraumteleskop von NASA und ESA, das 2019 startet. Mit einem Teleskop namens SAINT-EX, das zurzeit in Mexiko gebaut wird, wollen Demory und sein Team in den nächsten Jahren zudem weitere Planetensysteme bei kühlen Zwergsternen aufspüren und sie mit ihrem schnellen Computercode analysieren.

Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Astronomy  & Astrophysics erschienen ist.

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siehe auch
TRAPPIST-1: Die Umlaufzeit von TRAPPIST-1h - 23. Mai 2017
Extrasolare Planeten: Der Zwerg und die sieben Planeten - 23. Februar 2017
TRAPPIST-1: Zwei Gesteinsplaneten um nahe Sonne - 21. Juli 2016
TRAPPIST: Drei rote Welten um nahen kühlen Stern - 3. Mai 2016
La Silla: Neues Teleskop für Exoplaneten und Kometen - 8. Juni 2010
Ferne Welten - unsere Berichterstattung über die Suche nach extrasolaren Planeten und außerirdischem Leben
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
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