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21. Februar 2007:
NASA's Spitzer Space Teleskop hat zum ersten Mal genug Licht
von Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, bekannt als
Exoplaneten, eingefangen, um die Moleküle in der Atmosphäre
zu identifizieren. Diese Leistung ist ein entscheidender
Schritt in die Richtung, dazu in der Lage zu sein, mögliches
Leben auf felsigen Exoplaneten zu entdecken, und gelang
Jahre bevor Astronomen damit gerechnet hatten.
"Dies ist eine unglaubliche Überraschung," sagt der
Projektwissenschaftler Dr. Michael Werner, von NASA's Jet
Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif. "Als wir Spitzer
bauten, hatten wir keine Ahnung, dass es solch einen Schritt
in Richtung der Charakterisierung von Exoplaneten
ermöglichen würde."
Spitzer, ein im Weltraum stationiertes Infrarotteleskop,
gewann die detaillierten Daten, genannt Spektren, von 2
verschiedenen, gasförmigen Exoplaneten. Genannt HD 209458b
und HD 189733b, bestehen diese so genannten "heißen
Jupiter," wie auch Jupiter, aus Gas, umkreisen ihre Sonne
aber wesentlich dichter.
Bild Rechts: NASA's Spitzer Space Teleskop fing
kürzlich die Spektren, oder molekulare Fingerabdrücke, von 2
"heißen Jupiter" Welten, wie der hier dargestellte. Dies ist
das erste Mal, dass das Spektrum eines Exoplaneten
eingefangen wurde. Image credit: NASA/JPL-Caltech. (Mehr)
Die Daten deuten darauf hin, dass die beiden Planeten
trockener und wolkiger sind als vorhergesagt. Theoretiker
dachten, dass in den Atmosphären von heißen Jupitern viel
Wasser enthalten würden. Auf HD 209458b und HD 189733b wurde
überraschenderweise keines gefunden. Ausgehend von
Astronomen, könnte das Wasser vielleicht dennoch vorhanden
sein, nur unter einer dicken Decke aus hohen, wasserlosen
Wolken vergraben sein.
Diese Wolken sind vielleicht mit Staub gefüllt. Einer der
Planeten, HD 209458b, zeigte Hinweise auf winzige
Sandkörnchen, genannt Silikate, in seiner Atmosphäre. Dies
könnte bedeuten, dass der Himmel des Planeten angefüllt ist
mit hohen, staubigen Wolken, anders als alles, was wir um
Planeten in unserem Sonnensystem gesehen haben.
"Die Köpfe der Theoretiker drehten sich, als sie die Daten
sahen," sagt Dr. Jeremy Richardson, von NASA's Goddard Space
Flight Center, Greenbelt, Md.
"Für Wasser, in Form von Wasserdampf, ist es kaum möglich,
nicht bei einem Planeten vorhanden zu sein, so dass es unter
einer dichten Schicht aus Staub liegen muss, die wir im
Spektrum entdeckten," sagt er. Richardson ist Autor eines
Artikels, der am 22. Februar in der Nature erscheinen
wird und das Spektrum von HD 209458b beschreibt.
Zusätzlich zu Richardson's Team nutzten 2 weitere Gruppen
von Astronomen Spitzer, um die Spektren von Exoplaneten
einzufangen. Ein Team, geleitet von Dr. Carl Grillmair, von
NASA's Spitzer Science Center am California Institute of
Technology in Pasadena, Calif., beobachtete HD 189733b,
während ein anderes Team, geleitet von Dr. Mark R. Swain,
vom JPL, sich auf den gleichen Planeten wie Richardson
konzentrierte und zu ähnlichen Ergebnissen kam. Grillmair's
Resultate werden in den Astrophysical Journal Letters
veröffentlicht. Swain's Entdeckungen wurden an die
Astrophysical Journal Letters geschickt.
Ein Spektrum wird erzeugt, wenn ein Instrument, genannt
Spektrograph, Licht des Objekts in verschiedene Wellenlängen
aufsplittet, so wie ein Prisma aus dem Sonnenlicht einen
Regenbogen macht. Das resultierende Muster, das Spektrum,
enthüllt "Fingerabdrücke" der Chemikalien, aus denen das
Objekt besteht.
Bis jetzt stammten alle verfügbaren Spektren von Planeten
aus unserem eigenen Sonnensystem. Die Planeten aus den
Untersuchungen von Spitzer umkreisen Sterne, die so weit
entfernt sind, dass sie mit dem bloßen Auge nicht zu sehen
sind. HD 189733b befindet sich 600 Milliarden Kilometer weit
weg, im Sternbild Fuchs und HD 209458b ist 1.450 Milliarden
Kilometer entfernt, im Sternbild Pegasus. Das bedeutet, dass
beide Planeten zumindest eine Million Mal weiter von uns
entfernt sind als Jupiter. Für die Zukunft hoffen Astronomen
Spektren von kleineren, felsigen Planeten außerhalb unseres
Sonnensystems zu erhalten. Dies würde es ihnen erlauben,
nach Fingerabdrücken von Leben Ausschau zu halten --
Moleküle wie Sauerstoff und möglicherweise sogar
Chlorophyll, sind ein Schlüssel für die Existenz von Leben.
"Mit diesen neuen Beobachtungen verfeinern wir die Werkzeuge,
die wir eines Tages dazu benötigen werden, um woanders Leben
zu finden, falls es existiert," sagt Swain. "Es ist wie eine
Generalprobe."
Spitzer war durch eine Technik, bekannt als "sekundäre
Verdunklung," in der Lage, Spektren aus dem schwachen Licht
der beiden Planeten zu extrahieren. Bei dieser Methode --
zum ersten Mal im Jahr 2005 von Spitzer eingesetzt (http://www.spitzer.caltech.edu/Media/releases/ssc2005-09/index.shtml
) -- wird ein so genannter durchgehener Planet dabei
beobachtet, wie er hinter seinem Stern herfliegt und für
kurze Zeit aus dem Blickfeld verschwindet. Durch die Messung
des Abfalls im Infrarotlicht, wenn der Planet verchwindet,
kann Spitzer zuordnen, wieviel Licht vom Planeten selbst
stammt. Diese Technik funktionert nur bei infraroten
Wellenlängen, bei denen der Planet heller scheint, als im
sichtbaren Bereich und besser durch das helle Licht seines
Sterns zu sehen ist.
In der neuen Untersuchung beobachtete Spitzer´s Spektrograh,
der das Infrarotlicht bei einer Reihe von Wellenlängen misst,
die beiden Planeten, während sie um ihren Stern kreisten.
Dies erlaubte es den Astronomen, die Spektren der Sterne von
den Spektren der Planeten plus ihren Sternen abzuziehen, und
so die Spektren der Planeten zu erhalten.
"Als wir diese Untersuchungen zum ersten Mal planten, wurden
sie als hohes Risiko betrachtet, weil nicht viele Leute
dachten, dass sie funktionieren würden," sagt Grillmair. "Es
stellte sich aber heraus, dass Spitzer hervorragend gebaut
wurde und bereit war für diese Aufgabe."
Vergangene Untersuchungen von HD 209458b, durch NASA's
Hubble Space Teleskop, enthüllten einzelne Elemente wie
Natrium, Sauerstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff, die sich
in Gebieten befinden, die höher liegen als die von Spitzer
untersuchten Regionen und in denen Wasser auseinanderbrechen
würde. Dazu maß Hubble Veränderungen im Licht des Sterns,
nicht im Licht des Planeten, während der Planet vor dem
Stern herzog. Die Beobachtungen deuten auf weniger Natrium
hin, als erwartet wurde, was wieder die Idee unterstützt,
dass der Planet von hohen Wolken eingehüllt ist.
Astronomen hoffen, Spitzer für weitere Untersuchungen von
durchgehenden Exoplaneten nutzen zu können, also solchen,
die von unserem Standpunkt aus vor ihrem Stern
herfliegen. Von den etwa 200 bekannten Exoplaneten ist dies
bei 14 der Fall. Zusätzlich zu HD 209458b und HD 189733b
sind drei weitere davon Kandidaten für die Beobachtung der
Spektren. Weitere Untersuchungen von HD 209458b und HD
189733b werden ebenfalls weitere Informationen über die
Atmosphären der Planeten liefern.
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Credit:
NASA News Release
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