12.07.2007

Wasserdampf in der Atmosphäre eines Exoplaneten

Einem internationalen Forscherteam ist es nach eigenen Aussagen "erstmals überzeugend" gelungen, Wasser in der Atmosphäre eines heißen extrasolaren Planeten nachzuweisen.

Wasserdampf in der Atmosphäre eines heißen Exoplanten

Einem internationalen Forscherteam ist es nach eigenen Aussagen "erstmals überzeugend" gelungen, Wasser in der Atmosphäre eines extrasolaren Planeten nachzuweisen. Es handelt sich um einen so genannten heißen Jupiter, einen Riesenplaneten, der seinen Stern auf einer extrem engen Umlaufbahn umkreist. Der Exoplanet zieht von der Erde aus gesehen bei jedem Umlauf vor seinem Stern vorüber. Dabei, so berichten die Astronomen in "Nature", erscheint der Planet größer, wenn man ihn bei einer Wellenlänge beobachtet, die von Wasserdampf absorbiert wird.

"Wasser sollte nach unseren Erwartungen das häufigste Molekül in den Atmosphären von Riesenplaneten auf engen Umlaufbahnen sein", schreiben Giovanna Tinetti von der europäischen Weltraumbehörde Esa und ihre Kollegen. "Mehrere Versuche wurden bereits unternommen, Wasser auf solchen Planeten zu entdecken, doch ohne Erfolg."

Allerdings hatte vor drei Monaten bereits ein amerikanisches Forscherteam um Travis Barmann vom Lowell-Observatorium in Flagstaff die Entdeckung von Wasserdampf in der Atmosphäre eines heißen Jupiters gemeldet. (siehe pro-physik.de Artikel "Exoplanet mit Wasser" rechts im Kasten). Doch dieser Befund stieß in Fachkreisen auf Skepsis. Auch Tinetti und ihr Team kritisieren die Arbeit von Barmann und Kollegen, da deren Messungen in einem Bereich erfolgt seien, in dem "die systematischen Fehler am größten sind."

Sie beobachteten den Planeten mit der Katalogbezeichnung HD 189733b während seiner Transits vor seinem Stern mit dem Infrarot-Weltraumteleskop Spitzer bei verschiedenen Wellenlängen. Dabei fanden sie, dass der Planet bei einer Wellenlänge von 5,8 Mikrometer einen größeren Teil des Sterns abdeckt als bei einer Wellenlänge von 3,6 Mikrometern. Die Astronomen führen dies auf Wasserdampf in der Atmosphäre des Planeten zurück, denn dieser würde bei längeren Wellenlängen stärker absorbieren als bei kürzeren.



Abb.: Künstlerische Darstellung des heißen Jupiters HD 189733b vor seinem Stern. (Quelle: Christophe Carreau, Esa)

Warum aber konnte dann bei früheren Beobachtungen im direkten Verfahren kein Wasser in der Atmosphäre des Planeten aufgespürt werden? Auch dafür präsentieren Tinetti und ihre Kollegen eine Erklärung. HD 189733b umkreist seinen Stern in einem Abstand von nur rund 4,5 Millionen Kilometern - gerade einmal drei Prozent der Entfernung Erde-Sonne. Dies führt nicht nur zu extremen Temperaturen auf dem Planeten - 1200 Kelvin auf der Tages-, 970 Kelvin auf der Nachtseite -, sondern auch dazu, dass es praktisch keine Temperaturschichtung in der Atmosphäre gibt. Wenn aber die Temperatur in den oberen Atmosphärenschichten genauso hoch ist wie weiter unten, dann kommt es zu keiner Absorption der von dem Planeten ausgesendeten Strahlung mehr. Selbst ein hoher Anteil an Wasserdampf könnte deshalb in der Strahlung des Planeten unsichtbar bleiben - die Strahlung des heißeren Sterns jedoch würde der Wasserdampf absorbieren.

Riesenplaneten entstehen nach den derzeitigen Vorstellungen der Astrophysiker in großer Entfernung von dem Stern. Dort sind die Temperaturen niedriger, deshalb können sich flüchtige Stoffe wie Methan oder auch Wasser dort in größeren Mengen auf den jungen Planeten niederschlagen. Riesenplaneten auf extrem engen Umlaufbahnen wie HD 189733b sind, so die gängige Theorie, erst nach ihrer Entstehung näher an den Stern herangewandert.

Dieses Szenario wurde jedoch durch die bisherige Nicht-Entdeckung von Wasserdampf in den Atmosphären heißer Jupiter infrage gestellt. Die Theoretiker dürfen nun also erleichtert aufatmen. Die Forscher wollen ihr Verfahren nun nutzen, um auch bei anderen Riesenplaneten nach Wasserdampf zu suchen.

Rainer Kayser



Weitere Infos:

Originalarbeiten:
  • "Water vapour in the atmosphere of a transiting extrasolar planet", Giovanna Tinetti et al., Nature 448, 169 (2007), DOI:10.1038/nature06002

weitere Arbeiten:
  • "A Spitzer spectrum of the exoplanet HD189733b", C. J. Grillmair et al., Astrophysical Jounal 658, L115 (2007)
  • "A map of the day-night contrast of the extrasolar planet HD 189733b", H. A. Knutson et al., Nature 447, 183 (2007)
  • "Theory for the secondary eclipse fluxes, spectra, atmospheres and light curves of transiting extrasolar giant planets", A. Burrows, D. Sudarsky, und I. Hubeny, Astrophysical Journal 650, 1140 (2006)

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