Das erste Spektrum eines extrasolaren Planeten

21. Februar 2007

Einer internationalen Forschergruppe unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg is es unter Einsatz des Weltraumteleskops SPITZER erstmals gelungen, ein Spektrum eines extrasolaren Planeten aufzunehmen.⁽¹⁾

Ein Spektrum entsteht in einem Spektrographen. Dieses einem Teleskop angeschlossene Messinstrument zerlegt die von einem Himmelskörper emittierte und vom Teleskop eingefangene Strahlung nach deren Wellenlängen, genauso wie ein Prisma das Sonnenlicht in die Farben des Regenbogens zerlegt. Das entstehende Muster, das Spektrum, deckt die charakteristischen »Fingerabdrücke« der chemischen Komponenten auf, aus denen der Himmelskörper besteht.

Bisher besaßen die Astronomen Spektren nur von Planeten unseres Sonnensystems. Das nun erhaltene Spektrum eines extrasolaren Planeten stellt ein bahnbrechendes Ergebnis dar – den ersten Schritt auf dem Weg zur Entschlüsselung von Zusammensetzung und Struktur der Planeten außerhalb unseres Sonnensystems.

Der untersuchte Planet trägt die Bezeichnung HD 209458b und ist ein sogenannter »Heißer Jupiter«. Solche Planeten bestehen – wie Jupiter – großenteils aus Gas, aber sie umlaufen ihren Zentralstern auf einer viel engeren Bahn. HD 209458b und sein Zentralstern befinden sich im Sternbild Pegasus, etwa eine Million mal so weit von uns enfernt wie Jupiter: Das System ist mit bloßem Auge nicht sichtbar.

Mit SPITZER konnte ein Spektrum des extrem schwache Licht des Planeten nach der Methode der »sekundären Bedeckung« gewonnen werden. Bei dieser Methode wird ein sogenannter »Transitplanet« auf seiner Umlaufbahn verfolgt, bis er aus der Sicht der Erde vorübergehend hinter dem Zentralstern verschwindet. Aus der Messung des Lichtabfalls beim Verschwinden des Planeten lässt sich der vom Planeten beigesteuerte Anteil am gesamten Licht bei jeder untersuchten Wellenlänge bestimmen. Die Technik funktioniert nur bei infraroten Wellenlängen, weil der Planet hier heller ist als im sichtbaren Licht und sich gegenüber dem gleißend hellen Zentralstern stärker hervorhebt.

Die Ergebnisse der Messung zeigen, dass der Planet trockener ist als aufgrund von Modellrechnungen vermutet wurde. Die theoretischen Astrophysiker erwarteten viel Wasserdampf in den Atmosphären der »heißen Jupiter«, jedoch wurde im Spektrum von HD 209458b davon keine Spur gefunden. Wie die Astronomen nun vermuten, könnte sich der Wasserdampf unter einer dichten, mächtigen Schicht wasserfreier und möglicherweise staubreicher Wolken befinden. Eine solche Wolkenschicht kommt in unserem gesamten Sonnensystem nicht vor. Die Astronomen hoffen, in Zukunft auch Spektren von kleineren, festen und erdähnlichen Planeten erhalten zu können. Solche Daten würden die Suche nach Indikatoren für das Vorhandensein von Leben erlauben – etwa die spektralen Kennzeichen von Molekülen wie Sauerstoff oder möglicherweise sogar Chlorophyll.

Neben dem von Dr. Mark Swain am JPL in Pasadena geleiteten Team setzten zwei weitere Gruppen SPITZER zur Spektroskopie von Exoplaneten ein. Die von Dr. Carl Grillmair im SPITZER Science Center der NASA am California Institute of Technology in Pasadena, California geleitete Gruppe untersuchte den Exoplaneten HD 189733b, während eine Gruppe unter Dr. Jeremy Richardson am Goddard Space Flight Center der NASA den selben Planeten untersuchte wie die von M. R. Swain geleitete Gruppe, und auch die selben Ergebnisse erhielt. Die Ergebnisse der Gruppen um Swain und Grillmair werden in der Zeitschrift Astrophysical Journal Letters, erscheinen, die Arbeit von Ridgardson et al. dagegen in Nature.

Für weitere Information siehe: http://www.SPITZER.caltech.edu/Media/releases/ssc2007-04/

Abb. 1: Diese künstlerische Darstellung veranschaulicht, wie schwer sich das schwache Licht des Planeten isolieren lässt. Denn es ist nur ein winziger Bruchteil der Summe aus Stern- und Planetenlicht, die gemeinsam im Teleskop aufgefangen wird. — **Abb. 1:** Diese künstlerische Darstellung veranschaulicht, wie schwer sich das schwache Licht des Planeten isolieren lässt. Denn es ist nur ein winziger Bruchteil der Summe aus Stern- und Planetenlicht, die gemeinsam im Teleskop aufgefangen wird.

**Abb. 1:** Diese künstlerische Darstellung veranschaulicht, wie schwer sich das schwache Licht des Planeten isolieren lässt. Denn es ist nur ein winziger Bruchteil der Summe aus Stern- und Planetenlicht, die gemeinsam im Teleskop aufgefangen wird.

Abb. 2: Dieses Schema veranschaulicht, wie das Spektrum des Planeten isoliert wird. Zunächst wird die Summe des Stern- und des Planetenspektrums registriert. Dann, wenn der Planet hinter seinem Zentralstern verborgen ist, erhält man das Spektrum des Sterns allein. Zieht man die Messwerte des zweiten von denen des ersten Spektrums ab, so erhält man das gesuchte Spektrum des Planeten allein. — **Abb. 2:** Dieses Schema veranschaulicht, wie das Spektrum des Planeten isoliert wird. Zunächst wird die Summe des Stern- und des Planetenspektrums registriert. Dann, wenn der Planet hinter seinem Zentralstern verborgen ist, erhält man das Spektrum des Sterns allein. Zieht man die Messwerte des zweiten von denen des ersten Spektrums ab, so erhält man das gesuchte Spektrum des Planeten allein.

**Abb. 2:** Dieses Schema veranschaulicht, wie das Spektrum des Planeten isoliert wird. Zunächst wird die Summe des Stern- und des Planetenspektrums registriert. Dann, wenn der Planet hinter seinem Zentralstern verborgen ist, erhält man das Spektrum des Sterns allein. Zieht man die Messwerte des zweiten von denen des ersten Spektrums ab, so erhält man das gesuchte Spektrum des Planeten allein.

⁽¹⁾ Zu der Forschergruppe gehören:
M. R. Swain (Jet Propulsion Laboratory, 4800 Oak Grove Drive, Pasadena, CA 91109)
J. Bouwman, Max Planck Institut für Astronomie, Königstuhl 17, D-69117 Heidelberg
R. Akeson, S. Lawler, and C. Beichman (Michelson Science Center, California Institute of Technology , MS 100-22, Pasadena, CA, 91125)