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Autor: Günther Glatzel & Gertrud Felber / 12. März 2013, 16:37 Uhr

Erste spektrale Fernerkundung eines Planetensystems

... und dies in einem Durchgang. Dabei handelt es sich um das Planetensystem um den Stern HR 8799, bei dem 2008 drei und zwei Jahre später vier Planeten direkt fotografiert werden konnten.

Quelle: American Museum of Natural History, CalTech
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Keck-Observatorium

Drei Planeten des Systems HR 8799 wurden 2008 direkt abgelichtet. 2010 kam ein weiterer Planet hinzu. In der Mitte sieht man ein sehr unruhiges Bild, was einerseits durch die unvollkommen arbeitende adaptive Optik kommt und zum zweiten durch die koronografische Methode verursacht wird.
(Bild: Keck-Observatorium)
US-Astronomen haben mit einem neuen abbildenden Infrarot-Sensor am 5-Meter-Hale-Teleskop des Palomar-Observatoriums in Kalifornien Spektren der vier im Jahre 2008 entdeckten Planeten um den Stern HR 8799 gewonnen. Dabei zeigte sich, dass die Planetenatmosphären recht unterschiedliche und ungewöhnliche Zusammensetzungen besitzen. Normalerweise würde man bei derart großen und warmen Planeten, die Temperaturen liegen um 1.000 K, eine bestimmte Mischung von Ammoniak und Methan erwarten. Die Planeten von HR 8799 zeigten hingegen nur Spektrallinien des einen oder des anderen Stoffes. Zusätzlich fand man neben Kohlendioxid auch Hinweise auf Azetylen.

Ein weiterer erstaunlicher Fakt war, dass die Planeten "röter" als angenommen waren, das heißt, die reflektierte Strahlung war langwelliger als erwartet. Man erklärt dies durch eine unvollständige Bewölkung in den Atmosphären. Auf jeden Fall ist die Luft auf allen Planeten zu giftig und zu heiß, um Leben nach unseren Vorstellungen zu ermöglichen.

American Museum of Natural History

Das neue Graustufenbild (eigentlich infrarot) des Systems HR 8799. Das Loch im Zentrum ist rund, da hier das Licht des Sterns nicht verdeckt sondern durch ein Loch "aussortiert" wird.
(Bild: American Museum of Natural History)
Auch der Stern HR 8799 ist ungewöhnlich. Er besitzt die 1,6-fache Masse unserer Sonne, ist fünfmal heller, strahlt etwa 1.000-mal mehr UV-Strahlung ab und seine Helligkeit kann im Verlaufe von 2 Tagen um 8% variieren. HR 8799 befindet sich im Sternbild Pegasus. (HR steht für Harvard Revisited Photometry Catalogue, dessen Nachfolger der aktuelle Bright Star Cataloge ist. Im Nachhinein hat man übrigens die Planeten des Systems auf Aufnahmen des Hubble Space Telescope gefunden, die bereits im Jahre 1998 angefertigt wurden.)

Das Project 1640 wird von Ben E. Oppenheimer geleitet und vereint Bemühungen und Ressourcen von Forschern des California Institute of Technology (CalTech, USA), des Jet Propulsion Laboratory (JPL, USA) der NASA, der Universitäten Cambridge (Großbritannien) und New York (USA), des Space Telescope Science Institute (STScI) sowie des Amerikanischen Museums für Naturgeschichte der USA. Der neue Messkomplex ist ein Integralfeld-Spektrograph, der dem 5-Meter-Spiegel, einer präzisen adaptiven Optik mit Korrekturbewegungen im Mikrosekundenbereich, einer weiteren Korrekturoptik sowie einem besonders genauen Koronographen nachgeschaltet ist und über eine auf 77 K gekühlte Quecksilber-Cadmium-Tellur-Detektormatrix mit 4 Megapixeln verfügt, in der Infrarot-Spektren parallel in 30 Bändern im Bereich von 1,06 bis 1,78 µm Wellenlänge aufgenommen werden können. Zum System gehört auch eine spezielle Software, welche die Korrekturoptik steuert, die Daten speichert und die Spektren auswertet.

Das Licht des zentralen Sterns wird durch eine Lochblende ausgeblendet, während das Licht der Umgebung des Sterns in die hochkomplizierte Apparatur reflektiert wird. Hier erfolgt nicht nur die spektrale Zerlegung sondern auch ein Ausgleich atmosphärischer Disperion sowie eine weitere Korrektur der Luftbewegungen. Das Licht des Sterns wird außerhalb der Apparatur auf einen Wellenfrontdetektor geleitet. Damit lässt sich mit einer Präszision von etwa 10 nm übrig bleibendes direktes Sternlicht aus den Spektren der beobachteten Planeten herausrechnen. Der Koronograph lässt die Beobachtung von Objekten in der Nähe von Sternen zu, die 1 bis 10 Millionen Mal schwächer leuchten als diese.

Geplant ist eine dreijährige Studie am Palomar-Observatorium, die im Juni 2012 begann und während der etwa 200 Sterne unter die Lupe genommen werden sollen, die sich innerhalb von ca. 150 Lichtjahren um unser Sonnensystem befinden.

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