EXTRASOLARE PLANETEN
Neue Theorie soll bessere Modellierung ferner Atmosphären ermöglichen
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Ludwig-Maximilians-Universität München
astronews.com
2. Februar 2026

Um die Beobachtungen ferner extrasolarer Planeten und deren Atmosphären auszuwerten, bedarf es möglichst exakter theoretischer Modelle der Atmosphären. Bislang musste man sich hier mit vereinfachten Modellen begnügen, was die Analyse von Beobachtungen ungenau machte. Nun hat ein Physiker ein neue Theorie vorgestellt, die exaktere Auswertungen ermöglichen soll.

Die Atmosphären von extrasolaren Planeten, hier eine künstlerische Darstellung des Planeten HR8799e, könnten dank der neuen Theorie künftig genauer untersucht werden. Bild: ESO / L. Calçada , CC BY 4.0 [Großansicht]

Dr. Leonardos Gkouvelis, Wissenschaftler an der Universitätssternwarte München der Ludwig-Maximilians-Universität München und Mitglied im Exzellenzcluster ORIGINS, hat ein grundlegendes mathematisches Problem gelöst, das die Untersuchung der Atmosphären von extrasolaren Planeten jahrzehntelang erschwert hat. Seine jetzt vorgestellte geschlossene analytische Theorie der Transmissionsspektroskopie berücksichtigt, wie sich die Trübung einer Atmosphäre mit dem Druck verändert – ein Effekt, der bei der Erforschung realer Atmosphären von entscheidender Bedeutung ist, aber bislang als mathematisch unlösbar galt.

Über 30 Jahre lang basierten analytische Modelle auf einer "vereinfachten" Atmosphäre, da eine vollumfängliche mathematische Darstellung die Lösung einer komplexen geometrischen Integralgleichung unter Berücksichtigung der höhenabhängigen Lichtdurchlässigkeit erfordert – ein Problem, das bislang nur mit Hilfe aufwendiger numerischer Simulationen gelöst werden konnte. Diese Einschränkung verschleierte jedoch, wie die tatsächliche vertikale Struktur einer Atmosphäre die von Teleskopen beobachteten Signale verändert.

Das neue Modell liefert wichtige Erkenntnisse darüber, warum viele Exoplaneten-Atmosphären "gedämpfte" Spektralmerkmale aufweisen, verbindet Labor-Daten zur Molekülphysik direkt mit astronomischen Beobachtungen und verbessert die Übereinstimmung mit realen Daten erheblich – sowohl für die Erdatmosphäre als auch für hochpräzise Beobachtungen von Exoplaneten. Über seinen grundlegenden Wert hinaus kommt dieser Durchbruch zu einem entscheidenden Zeitpunkt: Teleskope wie das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) liefern mittlerweile Spektren mit beispielloser Präzision, und theoretische Überlegungen waren bisher der größte Engpass bei der Gewinnung ihrer vollständigen physikalischen Informationen.

"Diese analytische Lösung öffnet die Tür zu einer neuen Generation von viel schnelleren, transparenteren und realistischeren Methoden zur Analyse und Erfassung der Atmosphäre", sagt der LMU-Physiker. "Sie werden für die Maximierung wissenschaftlicher Erkenntnisse aktueller und zukünftiger Missionen wie JWST und ARIEL sowie für die detaillierte Charakterisierung potenziell bewohnbarer Welten außerhalb des Sonnensystems von entscheidender Bedeutung sein."

Über seine Ergebnisse berichtet Gkouvelis in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift The Astrophysical Journal erschienen ist.