Hubble findet Belege für Wolken in der Atmosphäre einer Supererde

Künstlerische Darstellung der Supererde GJ 1214b. Spektroskopische Beobachtungen mit dem Hubble Space Telescope liefern Hinweise auf hoch liegende Wolken. Sie verdecken die darunter liegenden Schichten. Die Zusammensetzung der Wolken ist unbekannt. (NASA, ESA, and G. Bacon, STScI)
Künstlerische Darstellung der Supererde GJ 1214b. Spektroskopische Beobachtungen mit dem Hubble Space Telescope liefern Hinweise auf hoch liegende Wolken. Sie verdecken die darunter liegenden Schichten. Die Zusammensetzung der Wolken ist unbekannt. (NASA, ESA, and G. Bacon, STScI)

Zu Beginn des neuen Jahres 2014 gab es 1.056 bestätigte Planeten um andere Sterne als unsere Sonne (sogenannte Exoplaneten), darunter 175 Systeme mit mehreren Planeten. Beobachtungsprogramme haben gezeigt, dass Planeten, deren Größe zwischen Erdgröße und der Größe Neptuns liegt – Supererden genannt – zu den häufigsten Planeten in der Milchstraßen-Galaxie gehören. Es sind etwa 140 bekannt. Die Modellierung der Atmosphären dieser Objekte ist der nächste Schritt, um diese Exoplanetenklasse umfassend zu verstehen, und Astronomen arbeiten daran, Spektren von den Atmosphären zu erhalten, um sie zu charakterisieren.

Es gibt drei grundlegende Spektroskopiemethoden, mit der die Atmosphäre eines Exoplaneten untersucht werden kann:

  • Transmissionsspektroskopie: Das Licht des Sterns wird übertragen oder absorbiert, wenn es die Atmosphäre des Exoplaneten durchquert
  • Emissionsspektroskopie: Licht wird direkt von den atmosphärischen Gasen emittiert
  • Reflexionsspektroskopie: Die atmosphärischen Gase oder Wolken reflektieren selektiv das Licht des Sterns

Transmissionsspektroskopie ist besonders geeignet für Exoplaneten, die vor ihren Zentralsternen vorbeiziehen (Transit). Es wurden zahlreiche Versuche unternommen, die Transmissionsspektroskopie im Fall der vor ihrem Stern vorbeiziehenden Supererde GJ 1214b anzuwenden. GJ 1214b liegt etwa 40 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Ophiuchus (Schlangenträger). Astronomen vermuteten, dass ihre Atmosphäre entweder von relativ schweren Molekülen wie Wasser dominiert wird, oder dass sie hoch liegende Wolken aufweist, welche die tieferen Schichten verdecken. Aber die Beobachtungen hatten bislang nicht genug Präzision, um zwischen diesen Möglichkeiten zu unterscheiden.

Zachory Berta-Thompson vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) und seine Kollegen benutzten das Hubble Space Telescope, um erstmals erfolgreich das Transmissionsspektrum von GJ 1214b in nahinfraroten Wellenlängen zu messen. Diese Beobachtung beseitigt die Unklarheit eindeutig. Die Forscher folgten dem Exoplaneten während 15 Transits und kombinierten die Daten, um ein Spektrum im nahinfraroten Wellenlängenbereich zu bekommen. Sie fanden einen deutlichen Mangel an jeglichen Strukturen: Weder Wasser noch Stickstoff, Kohlenstoffdioxid oder andere mögliche Moleküle waren vorhanden. Dieses Nullergebnis bedeutet, dass die Atmosphäre aus grauen und dichten Wolken besteht. Das Ergebnis schließt die wolkenfreie Möglichkeit aus und markiert den Beginn einer neuen Ära der Exoplanetenforschung, in der ihre Atmosphären langsam ihre Geheimnisse preisgeben werden.

Referenz: “Clouds in the Atmosphere of the Super-Earth Exoplanet GJ 1214b” von Laura Kreidberg, Jacob L. Bean, Jean-Michel De’sert, Bjorn Benneke, Drake Deming, Kevin B. Stevenson, Sara Seager, Zachory Berta-Thompson, Andreas Seifahrt und Derek Homeier, Nature 505, 69, 2014.

Quelle: http://www.cfa.harvard.edu/news/su201402

(THK)

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