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Exoplanet

Heißer Kandidat für die Atmosphären-Forschung

Künstlerische Darstellung der Oberfläche des Planeten Gliese 486b. Die Astronomen vermuten eine Venus-ähnliche Oberfläche mit glühenden Lavaströmen, die aber von einer dünnen Atmosphäre umhüllt sein könnte. (Bild: RenderArea)

Tausende von Exoplaneten sind bereits bekannt – jetzt geht es darum, besonders spannende Exemplare zu identifizieren. Genau das ist Astronomen nun wieder einmal geglückt: Sie haben in unserer kosmischen Nachbarschaft eine „heiße Super-Erde“ entdeckt, die sich hervorragend eignet, um ihre Atmosphäre mit den bald verfügbaren Teleskopen zu „durchblicken“ und zu analysieren. Dadurch könnten Atmosphärenmodelle von Gesteinsplaneten überprüft werden. Dies hat wiederum eine große Bedeutung für die Einschätzung der Merkmale ferner Welten und ihrer Lebensfreundlichkeit, sagen die Forscher.

Planetenjägern sind in den letzten zweieinhalb Jahrzehnten viele ferne Himmelskörper ins Netz gegangen und von einigen konnten sie auch grundlegende Merkmale aufdecken: Durch die Kombination verschiedener Beobachtungstechniken zeichnen sich Massen, Größen und damit Dichten ab, wodurch wiederum Rückschlüsse auf die Zusammensetzungen der Exoplaneten möglich sind. Nun richtet sich der neugierige Blick der Astronomen immer mehr auf die Atmosphären der fernen Welten – besonders stehen dabei die erdähnlichen Gesteinsplaneten im Visier. Denn im Fall unserer Heimat ermöglichte die Gashülle die Entstehung des Lebens. Einblicke in die Merkmale der Gashüllen könnten Spektralanalysen des Lichts ermöglichen, das durch die Atmosphären der Exoplaneten schimmert, wenn sie vor ihrem Zentralstern vorbeiziehen. Die Merkmale des Lichts können dann Informationen über das Vorhandensein bestimmter Substanzen in der Atmosphäre liefern.

Ferne Gashüllen im Visier

Einblicke in die Atmosphären von fernen Gesteinsplaneten stellen allerdings eine vergleichsweise große Herausforderung dar. Denn wenn überhaupt vorhanden, bestehen sie nur aus einer dünnen Schicht, die schwer analysierbar ist. In diesem Zusammenhang setzten Astronomen nun allerdings große Hoffnungen auf die Leistungskraft der Teleskope und Observatorien der nächsten Generation. Doch auch für deren „scharfe Augen“ müssen Exoplaneten bestimmte Voraussetzungen erfüllen, damit aufschlussreiche Einblicke in ihre Atmosphären gelingen können.

Vor diesem Hintergrund präsentieren die Forscher um Trifon Trifonov vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg nun den Planeten Gliese 486b. Ein wichtiger Aspekt dieses Himmelskörpers ist: Er umkreist einen Zwergstern, der nur 26 Lichtjahre von uns entfernt ist. „Die Nähe dieses Exoplaneten ist spannend, weil wir ihn mit leistungsstarken Teleskopen wie dem schon bald kommenden James Webb Space Telescope und den zukünftigen Extremely Large Telescopes genauer untersuchen können“, erklärt Trifonov. Und das könnte sich lohnen, wie aus den bisherigen Untersuchungsergebnissen des Teams hervorgeht. Dabei kamen Methoden der Transitphotometrie und der Radialgeschwindigkeitsspektroskopie zum Einsatz – auf der Grundlage von Daten verschiedener Teleskope.

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Nah und vielversprechend

Bei Gliese 486b handelt es sich demnach um eine sogenannte Super-Erde mit der 2,8-Fachen Masse der Erde bei einer um 30 Prozent größeren Ausdehnung. Wer auf Gliese 486b stünde, wäre einer Anziehungskraft ausgesetzt, die 70 Prozent stärker ist als auf unserem Heimatplaneten, verdeutlichen die Wissenschaftler. Wie sie erklären, geht aus der mittleren Dichte des Planeten hervor, dass es sich um einen Gesteinsplaneten mit einer ähnlichen Zusammensetzung wie bei Venus und Erde handelt – einschließlich eines metallischen Kerns.

Im Vergleich zu diesen Planeten unseres Sonnensystems umkreist Gliese 486b seinen Mutterstern allerdings ausgesprochen eng: mit einem Abstand von nur 2,5 Millionen Kilometern innerhalb von 1,5 Tagen. Gliese 486b wendet dem Stern dabei auch stets dieselbe Seite zu, denn seine Drehung um die eigene Achse dauert genauso lange wie der Umlauf, geht aus den Ergebnissen hervor. Obwohl der Zwergstern Gliese 486 viel lichtschwächer und kühler als die Sonne ist, heizt er den Planeten durch die große Nähe auf mindestens 430 Grad Celsius auf.

Seine Oberfläche ist deshalb wahrscheinlich von einer Landschaft geprägt, die von glühenden Lavaströmen durchzogen ist. Für die Untersuchung der Atmosphäre sind diese Bedingungen aber offenbar günstig: „Die Entdeckung von Gliese 486b war ein Glücksfall. Hundert Grad heißer und die gesamte Oberfläche des Planeten wäre Lava. Seine Atmosphäre würde dadurch aus verdampftem Gestein bestehen“, sagt Co-Autor José A. Caballero vom Centro de Astrobiología in Madrid. „Wäre Gliese 486b hingegen hundert Grad kälter, wäre dies für Folgebeobachtungen ebenfalls ungünstig.“

Durchblick geplant

Die Wissenschaftler planen, den vielversprechenden Himmelskörper mit der Methode der Transitspektroskopie zu untersuchen. Sie wird möglich, wenn Gliese 486b aus unserem Blickwinkel über die Oberfläche seines Zentralsterns zieht. Dabei scheint ein winziger Bruchteil des Sternenlichts durch die vermutlich dünne Atmosphäre, bevor es die Erde erreicht. Die verschiedenen darin enthaltenen Verbindungen absorbieren das Licht bei bestimmten Wellenlängen und hinterlassen dadurch eine charakteristische Signatur im Licht. Mithilfe von Spektrografen können die Astronomen das Licht dann nach Wellenlängen aufspalten und nach den Absorptionsmerkmalen suchen, die Hinweise auf die Zusammensetzung der Atmosphäre liefern.

Das Team plant zudem Untersuchungen mittels Emissionsspektroskopie, die Rückschlüsse auf die Merkmale der Oberfläche des Planeten ermöglichen könnte. Sie kann zum Einsatz kommen, wenn Teile der beleuchteten Hemisphäre wie Mondphasen während des Umlaufs von Gliese 486b sichtbar werden, bis er hinter dem Stern verschwindet. Das Spektrum kann dann Informationen über die helle, heiße Planetenoberfläche liefern, so die Hoffnung. „Wir können es kaum erwarten, bis die neuen Teleskope zur Verfügung stehen“, sagt Trifonov. „Die Ergebnisse werden uns dabei helfen zu verstehen, wie gut Gesteinsplaneten ihre Atmosphären halten können, woraus sie bestehen und wie sie die Energieverteilung auf den Planeten beeinflussen“, so der Wissenschaftler.

Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie, Fachartikel: Science, doi: 10.1126/science.abd7645

Video: Virtueller Flug zum Planeten Gliese 486b. (Credit: RenderArea)

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