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Blick in die Atmosphären von Exoplaneten
von Stefan Deiters
astronews.com
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.
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.
"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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