Wolken in der Atmosphäre eines Supererde-Exoplaneten

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Eine künstlerische Darstellung der Supererde GJ 1214b. Spektroskopische Beobachtungen mit dem Hubble-Weltraum-Teleskop liefern Hinweise auf hohe Wolken, die den Planeten einhüllen und Informationen über die niedrigere Atmosphäre und Oberfläche dieser Welt verbergen. Die Zusammensetzung der Wolken ist unbekannt. GJ1214b ist 40 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Schlangenträger lokalisiert. NASA, ESA, and G. Bacon, STScI

 

Zu Beginn des Jahres 2014 gab es etwa 1056 bestätigte Planeten um andere Sterne als die Sonne (“Exoplaneten”), darunter 175 Mehrfach-Planetensysteme. Durchmusterungen haben gezeigt, daß Planeten, die größenmäßig zwischen Erde und Neptun liegen, sogenannte “Supererden”, zu den häufigsten Planeten in der Galaxis gehören (etwa 140 sind bekannt). Das Modellieren der Atmosphären dieser Objekte ist der nächste Schritt hin zur Entwicklung eines umfassenden Verständnisses dieser Objektklasse und Astronomen arbeiten daran, Spektren der Atmosphären zu erhalten, um diese zu beschreiben.

Es werden drei grundlegende spektroskopische Techniken eingesetzt, um die Atmosphäre eines Exoplaneten zu untersuchen: Transmission (die Atmosphäre des Planeten ist für das passierende Sternlicht durchlässig oder wird von ihr absorbiert), Emission (Licht wird von den Gasen der Atmosphäre selbst abgestrahlt) oder Reflektion (Wolken oder Gase der Atmosphäre reflektieren selektiv das Sternlicht). Transmissionsspektroskopie ist vor allem für transitierende Exoplaneten geeignet, da sie vor ihrem Sterns vorbeiziehen und es hat zahlreiche Versuche gegeben, dies im Fall der Urform einer transitierenden Supererde, GJ 1214b, zu nutzen. Astronomen vermuteten, daß seine Atmosphäre entweder von ziemlich schweren Molekülen wie Wasser dominiert wurde oder daß die Atmosphäre Wolken in größer Höhe besaß, die die unteren Schichten verbargen, doch die Beobachtungen waren bislang nicht genau genug, um zwischen diesen Möglichkeiten zu unterscheiden.

Nun ist es zehn Astronomen, darunter CfA-Astronom Zachory Berta-Thompson, mit Hilfe des Hubble-Weltraum-Teleskops gelungen, zum ersten Mal erfolgreich das Transmissionsspektrum von GJ 1214b im nahen Infrarot in einer Beobachtung aufzunehmen, die diese Doppeldeutigkeit endgültig löst. Sie verfolgten den Exoplaneten über fünfzehn Transits und verbanden die Daten, um ein Spektrum im nahen Infrarot zu erhalten. Sie entdeckten, daß in dem Spektrum jeder Hinweis auf Wasser, Stickstoff, Kohlendioxid noch irgendwelchen anderen möglichen Molekülen vollständig fehlt. Dieses negative Ergebnis läßt erkennen, daß die Atmosphäre aus grauen und undurchsichtigen Wolken besteht. Das Ergebnis schließt die Möglichkeit einer Atmosphäre ohne Wolken aus und markiert den Beginn einer neuen Ära in der Untersuchungstechnik von Exoplaneten, bei der ihre Atmosphären nach und nach ihre Geheimnisse preisgeben werden.

Literatur:
„Clouds in the Atmosphere of the Super-Earth Exoplanet GJ 1214b“
Laura Kreidberg, Jacob L. Bean, Jean-Michel Désert, Bjorn Benneke, Drake Deming, Kevin B. Stevenson, Sara Seager, Zachory Berta-Thompson, Andreas Seifahrt & Derek Homeier
Nature Volume:505, Pages:
69–72 Date published:
(02 January 2014)