Mögliches Wasser in der Atmosphäre einer Supererde

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Das Infrarotspektrum der Supererde GJ1214b. Die Kreise zeigen die gemessene Intensität pro Wellenlänge; die Balken repräsentieren die Unsicherheiten. Eingezeichnet sind auch einige vorgeschlagene Modellatmosphären – die besten Annäherungen an die Meßwerte enthalten Wasserdampf. Zachory Berta 2012

 

Eine “Supererde” ist ein Exoplanet (ein Planet um einen anderen Stern), dessen Masse zwischen ungefähr zwei und zehn Erdmassen liegt. Größere Planeten wie diese sind in der Größe Uranus und Neptun ähnlicher (und vielleicht auch in anderen physikalischen Eigenschaften). Der Begriff “Supererde” bezieht sich gegenwärtig nur auf die Masse des Objekts und nicht auf dessen Radius, dessen Entfernung von dem Stern auf der Umlaufbahn, dessen Oberflächentemperatur oder dessen atmosphärische Eigenschaften, obwohl Astronomen intensiv daran arbeiten, Supererden zu identifizieren, die Hinweise über die Erde bei diesen Merkmalen liefern könnten. Von den 576 Exoplaneten, deren wesentliche Kenngrößen zurzeit annähernd bekannt sind, gehören 36 zur Gruppe der Supererden.

Die Astronomen Zachory Berta, David Charbonneau, Jean-Michel Désert und Jonathan Irwin vom CfA untersuchten mit weiteren sechs Kollegen mittels dem Hubble-Weltraum-Teleskop die Atmosphäre der transitierenden Supererde GJ1214b. Dieser Planet besitzt 6.5 Erdmassen sowie 2.7 Erdradien und umkreist einen kleinen M-Zwergstern (dessen Durchmesser beträgt nur 21% des Durchmessers der Sonne). Die Forscher benutzten das Infrarot-Spektrometer an Bord von Hubble, um den Planeten zu beobachten, während er vor dem Stern vorüberzog; dabei absorbierte die Atmosphäre des Planeten Sternlicht, wodurch das beobachtbare Sternspektrum selbst auf subtile Art verändert wurde. Das reine Sternspektrum wurde sorgfältig gemessen und von dem beim Transit gewonnen Spektrum abgezogen.

Frühere Modelle versuchten vorherzusagen, woraus die Atmosphäre dieser Supererde bestehen könnte; dies beruhte auf erdgebundenen Transitspektren des Systems und auf unserem heutigen Wissen über die Atmosphären der Planeten im Sonnensystem. Eine Möglichkeit ist zum Beispiel, daß die Atmosphäre von Wasserstoff beherrscht wird; dies ist die Situation bei Jupiter. Doch Messungen bei drei getrennten Transits ergaben keine Hinweise auf eine derartige Zusammensetzung – noch waren sie mit einer Gleichgewichtatmosphäre vereinbar, die aus Elementen bestand, deren relative Häufigkeit dem Durchschnitt im Sonnensystem entsprechen. Stattdessen zogen die Astronomen den Schluß, daß die mögliche Zusammensetzung der Atmosphäre reichlich Wasserdampf enthält, es sei denn, die Atmosphäre hat eine dicke obere Wolkenschicht, die unseren Blick unter diese Wolkendecke verhindert. Die Atmosphäre eines Planeten zu untersuchen, der einen Stern in 42 Lichtjahren Entfernung umkreist, ist eine eindrucksvolle Leistung und ein erster Schritt. Zukünftige Beobachtungen dieses und weiterer transitierender Exoplaneten werden uns mehr über die Atmosphären von Exoplaneten erzählen und zu einem besseren Verständnis darüber führen, wie sich Atmosphären bilden, entwickeln und unter einer Vielzahl von physikalischen Bedingungen verhalten.

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