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Samstag, 01.10.2016
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Astronomen rätseln über ungewöhnlich hellen Exoplaneten

Erster Wolkenatlas für einen Exoplaneten könnte Erklärungen liefern

Der Exoplanet Kepler 7b ist ungewöhnlich hell - er reflektiert mehr Licht als es die Theorie für heiße Jupiter seines Typs vorsieht. Das bestätigt eine neue Messung mit dem Kepler-Weltraum-Teleskop. Aber warum? Zwei Erklärungen wären dafür möglich: Besonders helle Wolken oder weniger lichtschluckende Moleküle in der Atmosphäre des Exoplaneten. Indizien für ersteres liefert ein zweites Forscherteam, das erstmals einen Wolkenatlas für Kelper-7b erstellt hat - den ersten überhaupt für einen Planeten um einen fremden Stern.
Kepler-7b und Jupiter im Vergleich

Kepler-7b und Jupiter im Vergleich

Wolken sind einerseits ein gutes Zeichen, denn sie deuten auf eine Atmosphäre und die mögliche Existenz von Wasser auf einem Planeten hin. Andererseits aber schlucken sie wertvolle Informationen: "Wolken hinderten uns bisher, mehr über die Atmosphäre eines Exoplaneten herauszufinden", erklärt Kevin Heng vom Center for Space and Habitability der Universität Bern. Denn sollte die Anwesenheit von Leben chemische Fingerabdrücke in der Atmosphäre eines Exoplanetne hinterlassen haben, lässt sich dies bei einer dichten Wolkendecke nur schwer ermitteln.

Die Wolken verändern das Spektrum des von einem Planeten abgestrahlten und von Teleskopen aufgefangenen Lichts und schlucken damit wertvolle Informationen. Eindeutige Aussagen über die Atmosphäre sind dann kaum möglich. "Deshalb versuchen wir Erkenntnisse über die Wolken selber zu gewinnen, um ihren Einfluss auf die Aussagen unserer Messungen berücksichtigen zu können", sagt Heng.

Ungewöhnlich stark reflektierend


Untersuchungsobjekt für die Erforschung der Wolken auf fremden Planeten war Kepler-7b. Ein sogenannter heißer Jupiter, der um einen sonnenähnlichen Stern im Sternbild Leier kreist. Der Planet ist eineinhalb Mal so groß wie der Jupiter, hat aber eine sehr viel geringere Dichte: Sie entspricht etwa der von Styropor. Ein Merkmal machte diesen vor drei Jahren entdeckten Gasplaneten für die Astronomen besonders interessant: Seine Atmosphäre reflektiert das Licht seines Sterns sehr stark.


Vorhergehende Studien nahmen für Kepler-7b sogar eine Albedo von 0,38 an - das ist deutlich über dem Limit, das Modelle für heiße Jupiter ansetzen. Denn nach gängiger Theorie kreisen diese Planeten zu nah an ihrem Stern, um die extrem hellen Eiswolken zu besitzen, die beispielsweise unseren Jupiter sehr hell machen. Ein Forscherteam unter Leitung von Brice-Olivier Demory vom Massachusetts Institute of Technology hat nun mit Hilfe des Kepler-Weltraumteleskops die Albedo noch einmal nachgemessen. Die Forscher kamen erneut auf Werte oberhalb des Limits, wenn auch mit 0,32 eher knapp.

Weniger Lichtschlucker oder ungewöhnlich helle Wolken?


Woher kommt aber die ungewöhnlich hohe Rückstrahlung von Kepler-7b? Theoretisch gäbe es dafür zwei Möglichkeiten: Der Planet könnte eine Schicht besonders hoch liegender heller Wolken besitzen. Im Gegensatz zu unserem Jupiter können sie allerdings nicht aus Eiskristallen bestehen - dafür ist er zu heiß. Worum es sich stattdessen handeln könnte, ist noch unklar.

Die zweite Möglichkeit wäre, dass der Atmosphäre von Kepler-7b die Moleküle fehlen, die normalerweise viel Licht absorbieren, darunter Natrium, Kalium, Titan- und Vanadium-Monoxid. Das aber würde bedeuten, dass der Planet und damit vermutlich das gesamte Kepler-7-System deutlich weniger Natrium und Kalium enthalten als die Himmelskörper in unserem Sonnensystem. Welche von beiden Erklärungen zutrifft, lässt sich bisher nicht bestimmen, noch fehlt es an Möglichkeiten, die chemische Zusammensetzung ferner Planeten so genau zu ermitteln.

Wolkenkarte gibt Hinweis auf Verteilung von reflektierenden Partikeln


Ein weiteres Puzzlestück zur Lösung des Rätsels um Kepler-7b hat ein zweites Forscherteam unter Leitung von Heng geliefert. Denn sie schließen aus den Daten des Kepler-Teleskops, dass Kepler 7b von lichtreflektierenden Wolken umgeben sein muss. Kleine Unterschiede in der Lichtkurve zu verschiedenen Zeiten zeigten, dass die verschiedenen Regionen seiner Oberfläche das Licht nicht überall gleich stark reflektierten. Die Astronomen erstellten darauf basierend eine umfassende "Wolken-Karte" des Exoplaneten.

Außerdem entwickelten sie eine Formel, über die aus den Unterschieden der Albedo auf die Zusammensetzung der Wolken geschlossen werden kann - ob beispielsweise eher große oder kleine Partikel vorherrschen. Diese könnte nun dabei helfen, auch die Wolkenschichten anderer Exoplaneten zu erforschen. "Mit zunehmenden Kenntnissen über den Wolken und den Atmosphären von Exoplaneten können wir eines Tages auch herausfinden, ob einige dieser Himmelskörper lebensfreundlich sind", sagt Heng. Und das wiederum ist eine Voraussetzung für die Suche nach außerirdischem Leben. (Astrophysical Journal, in press; Astrophysical Journal Letters, in press)
(Universität Bern / Astrophysical Journal, 27.09.2013 - NPO)
 
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