Quelle: ESA/Science&Exploration/SpaceScience/Webb, 7. August 2025

Es ist nur von der südlichen Hemisphäre der Erde aus sichtbar und besteht aus den beiden sonnenähnlichen Doppelsternen Alpha Centauri A und Alpha Centauri B sowie dem schwach leuchtenden roten Zwergstern Proxima Centauri. Alpha Centauri A ist der dritthellste Stern am Nachthimmel. Obwohl drei Planeten bestätigt sind, die Proxima Centauri umkreisen, erwies sich die Bestätigung weiterer Welten um Alpha Centauri A und Alpha Centauri B als schwierig.

Nun liefern Webbs Beobachtungen mit seinem Mid-Infrared Instrument (MIRI) den bislang stärksten Beweis für einen Gasriesen, der Alpha Centauri A umkreist. Die Ergebnisse wurden in zwei Artikeln in den Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
Sollte dies bestätigt werden, wäre der Planet der erdnächste Planet, der in der habitablen Zone eines sonnenähnlichen Sterns kreist. Da es sich bei dem Planetenkandidaten jedoch um einen Gasriesen handelt, gehen Wissenschaftler davon aus, dass er kein Leben, wie wir es kennen, beherbergen würde.
„Da uns dieses System so nahe ist, würde jeder gefundene Exoplanet unsere beste Gelegenheit bieten, Daten über andere Planetensysteme als unser eigenes zu sammeln. Doch selbst mit dem leistungsstärksten Weltraumteleskop der Welt sind diese Beobachtungen unglaublich anspruchsvoll, weil diese Sterne so hell und nah sind und sich schnell über den Himmel bewegen“, sagte Charles Beichman vom Jet Propulsion Laboratory der NASA und dem NASA Exoplanet Science Institute am IPAC-Astronomiezentrum des Caltech, einer der Erstautoren der neuen Fachartikel. „Webb wurde entwickelt und optimiert, um die entferntesten Galaxien im Universum zu finden. Das Operationsteam des Space Telescope Science Institute musste eine maßgeschneiderte Beobachtungssequenz nur für dieses Ziel entwickeln, und ihr zusätzlicher Aufwand hat sich spektakulär gelohnt.“

Mehrere Runden sorgfältig geplanter Beobachtungen durch Webb, sorgfältige Analysen durch das Forschungsteam und umfangreiche Computermodellierungen führten zu der Feststellung, dass es sich bei der in Webbs Bild sichtbaren Quelle wahrscheinlich um einen Planeten und nicht um ein Hintergrundobjekt (wie eine Galaxie), ein Vordergrundobjekt (einen vorbeiziehenden Asteroiden) oder ein anderes Detektor- oder Bildartefakt handelt.
Die ersten Beobachtungen des Systems fanden im August 2024 statt. Dabei wurde die Koronamaske an Bord von MIRI verwendet, um das Licht von Alpha Centauri A zu blockieren. Obwohl die zusätzliche Helligkeit des nahegelegenen Begleitsterns Alpha Centauri B die Analyse erschwerte, konnte das Team das Licht beider Sterne herausrechnen und so ein Objekt enthüllen, das über 10.000-mal lichtschwächer als Alpha Centauri A ist und etwa die doppelte Entfernung zwischen Sonne und Erde von diesem Stern entfernt ist.
Obwohl die erste Entdeckung aufregend war, benötigte das Forschungsteam weitere Daten, um zu einem eindeutigen Ergebnis zu gelangen. Zusätzliche Beobachtungen des Systems im Februar 2025 und April 2025 (unter Verwendung der Director’s Discretionary Time) ergaben jedoch keine Objekte wie das im August 2024 identifizierte.

„Wir stehen vor dem nicht-mehr-sichtbar-sein eines Planeten! Um dieses Rätsel zu lösen, haben wir mithilfe von Computermodellen Millionen möglicher Umlaufbahnen simuliert und dabei sowohl die Erkenntnisse aus der Beobachtung des Planeten als auch aus der Zeit ohne Beobachtung berücksichtigt“, sagte Doktorand Aniket Sanghi vom California Institute of Technology in Pasadena, Kalifornien. Sanghi ist Co-Erstautor der beiden Artikel, die die Forschung des Teams behandeln.
In diesen Simulationen berücksichtigte das Team sowohl die Sichtung eines potenziellen Exoplanetenkandidaten durch das Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte im Jahr 2019 als auch die neuen Daten von Webb. Zudem wurden Umlaufbahnen berücksichtigt, die in Gegenwart von Alpha Centauri B gravitativ stabil wären, d. h. der Planet würde nicht aus dem System geschleudert.
Die Forscher halten eine Nichtentdeckung in der zweiten und dritten Beobachtungsrunde mit Webb für nicht überraschend.
„Wir stellten fest, dass sich der Planet in der Hälfte der simulierten Umlaufbahnen zu nahe an den Stern bewegte und für Webb sowohl im Februar als auch im April 2025 nicht sichtbar gewesen wäre“, sagte Sanghi. Basierend auf der Helligkeit des Planeten in den Beobachtungen im mittleren Infrarot und den Umlaufbahnsimulationen gehen die Forscher davon aus, dass es sich um einen Gasriesen mit etwa der Masse des Saturn handeln könnte, der Alpha Centauri A auf einer elliptischen Bahn umkreist, die zwischen dem ein- und zweifachen Abstand zwischen Sonne und Erde variiert.
„Dies sind einige der anspruchsvollsten Beobachtungen, die wir bisher mit dem Koronographen von MIRI durchgeführt haben“, sagte Pierre-Olivier Lagage vom CEA in Frankreich, Mitautor der Artikel und französischer Leiter der Entwicklung von MIRI. „Als wir das Instrument entwickelten, waren wir gespannt, was wir um Alpha Centauri herum entdecken würden, und ich bin gespannt, was es uns als Nächstes offenbaren wird!“
„Sollte sich die Existenz des potenziellen Planeten im Webb-Bild von Alpha Centauri A bestätigen, wäre dies ein Meilenstein in der Exoplaneten-Bildgebung“, sagt Sanghi. „Von allen bisher direkt abgebildeten Planeten wäre dieser seinem Stern am nächsten. Er ähnelt in Temperatur und Alter den Riesenplaneten unseres Sonnensystems am meisten und ist unserer Heimat, der Erde, am nächsten“, sagt er. „Seine Existenz in einem System zweier eng beieinander liegender Sterne würde unser Verständnis davon, wie Planeten in chaotischen Umgebungen entstehen, überleben und sich entwickeln, in Frage stellen.“
Sollten die Ergebnisse des Teams durch weitere Beobachtungen bestätigt werden, könnten sie die Zukunft der Exoplanetenforschung verändern.

Links:

• Release on esawebb.org
• Science paper
• Science paper

Mehr Information

Webb ist das größte und leistungsstärkste Teleskop, das jemals ins All geschossen wurde. Im Rahmen einer internationalen Kooperationsvereinbarung stellte die ESA den Start des Teleskops mit der Trägerrakete Ariane 5 bereit. In Zusammenarbeit mit Partnern war die ESA für die Entwicklung und Qualifizierung der Ariane-5-Adaptionen für die Webb-Mission sowie für die Beschaffung des Startdienstes durch Arianespace verantwortlich. Die ESA stellte außerdem den leistungsstarken Spektrographen NIRSpec und 50 % des Mittelinfrarot-Instruments MIRI bereit, das von einem Konsortium national finanzierter europäischer Institute (dem MIRI European Consortium) in Zusammenarbeit mit dem JPL und der University of Arizona entwickelt und gebaut wurde.
Webb ist eine internationale Partnerschaft zwischen NASA, ESA und der Canadian Space Agency (CSA).

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• Exoplaneten

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 2. August 2024.

2. August 2024 – Ringförmige Störungen in Scheiben aus Gas und Staub, die um noch junge Sterne kreisen, können den Anstoß geben, dass sich gleich mehrere Gasriesen bilden. Zu diesem Ergebnis kommen Forschende des Exzellenzclusters ORIGINS, der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen. Das Team hat ein Modell entwickelt, dass erstmals alle notwendigen physikalischen Prozesse, die bei der Planetenentstehung eine Rolle spielen, vereint. Demnach können Riesenplaneten effizienter und schneller entstehen als bisher angenommen. Diese Ergebnisse stimmen mit jüngsten Beobachtungen überein.

Unser Sonnensystem ist unsere unmittelbare kosmische Nachbarschaft. Wir kennen es gut: die Sonne im Zentrum, dann die Gesteinsplaneten Merkur, Venus, Erde und Mars, dann der Asteroidengürtel gefolgt von den Gasriesen Jupiter und Saturn, den Eisriesen Uranus und Neptun, und schließlich der Kuipergürtel mit seinen Kometen. Doch wie gut kennen wir unsere Heimat wirklich? Bisherige Theorien gehen davon aus, dass Riesenplaneten durch Kollisionen und Ansammlungen asteroidenartiger Himmelskörper, so genannter Planetesimale, und anschließender Aufnahme von Gas im Laufe von Jahrmillionen entstehen. Diese Modelle erklären jedoch weder die Existenz von Gasriesen, die weit von ihren Sternen entfernt sind, noch die Entstehung von Uranus und Neptun.

Vom Staubkorn zum Riesenplaneten
In ihrem neuen Modell berücksichtigen die Astrophysiker*innen des ORIGINS Clusters, der LMU und des MPS erstmals alle Prozesse, die für die Planetenentstehung maßgeblich sind. „Dies ist das erste Mal, dass eine Simulation das Wachstum von Feinstaub bis hin zu Riesenplaneten verfolgt“, sagt Tommy Chi Ho Lau, Erstautor der Studie und Doktorand an der LMU.

Mit ihrem Modell zeigen die Forschenden, wie sich millimetergroße Staubteilchen aerodynamisch in der turbulenten Gasscheibe anhäufen, und wie diese anfängliche Störung in der Scheibe Staub einfängt und daran hindert, in Richtung des Sterns zu verschwinden. Diese Anhäufung macht das Wachstum von Planeten sehr effizient, da plötzlich viel „Baumaterial“ auf kleinem Raum zur Verfügung steht und die richtigen Bedingungen für Planetenentstehungen gegeben sind. „Wenn ein Planet groß genug ist, um selbst die Gasscheibe zu beeinflussen, führt dies zu einer erneuten Staubanreicherung weiter außen in der Scheibe. Dabei treibt der Planet den Staub, ähnlich wie ein Hirtenhund seine Herde, in den Bereich außerhalb seiner eigenen Umlaufbahn“, erklärt ORIGINS-Wissenschaftler Professor Til Birnstiel von der LMU. Der Prozess beginnt von neuem, von innen nach außen und ein weiterer Riesenplanet kann entstehen.

Vielfalt von Gasriesen in unserem und anderen Sternensystemen
In unserem Sonnensystem sind die Gasriesen in einer Entfernung von etwa 5 Astronomischen Einheiten (AE) (im Fall des Jupiters) bis zu einer Entfernung von etwa 30 AE (Neptun) von der Sonne angeordnet. Zum Vergleich: Unsere Erde ist 1 AE von der Sonne entfernt. „In anderen Planetensystemen könnte eine Störung in der protoplanetaren Scheibe den Prozess der Planetenentstehung in deutlich größerer Entfernung anstoßen“, so Dr. Joanna Drążkowska vom MPS.

Solche Systeme wurden in den vergangenen Jahren häufig mit dem Radioobservatorium ALMA beobachtet, das Gasriesen in jungen Scheiben in Entfernungen von mehr als 200 AE gefunden hat. Zudem erklärt das Modell, warum unser Sonnensystem mit Neptun scheinbar aufgehört hat, weitere Planeten zu bilden: Das Baumaterial war nach der Bildung des Neptuns aufgebraucht.

Die Ergebnisse der Studie stimmen mit aktuellen Beobachtungen von jungen Sternsystemen überein, die ausgeprägte Substrukturen in ihren Scheiben aufweisen. Diese Substrukturen spielen eine entscheidende Rolle bei der Planetenbildung. Die Studie deutet darauf hin, dass die Bildung von Riesenplaneten und Gasriesen effizienter und schneller abläuft als bisher angenommen. Diese neuen Erkenntnisse könnten unser Verständnis der Entstehung und Entwicklung der Riesenplaneten unseres Sonnensystems verfeinern und die Vielfalt der beobachteten Planetensysteme erklären.

Originalveröffentlichung
Tommy Chi Ho Lau, Til Birnstiel, Joanna Dra̧żkowska, Sebastian Stammler:
Sequential giant planet formation initiated by disc substructure,
Astronomy & Astrophysics, Volume 668, A22 (2024)
https://www.aanda.org/articles/aa/abs/2024/08/aa50464-24/aa50464-24.html
pdf: https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2024/08/aa50464-24.pdf

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• Planetenentstehung

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Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie 30. April 2024.

30. April 2024 – Ein Forschungsteam, darunter auch Forschende des MPIA, hat mit Hilfe des Weltraumteleskops James Webb eine Temperaturkarte des heißen Gasriesen-Exoplaneten WASP-43b erstellt. Der nahe gelegene Mutterstern beleuchtet ständig eine Hälfte des Planeten und lässt die Temperaturen auf glühende 1250 Grad Celsius ansteigen. Während­dessen herrscht auf der anderen Seite ewige Nacht. Heftige Winde wehen die glühend heiße Luft auf die Nacht­seite, wo sie auf 600 Grad abkühlt, so dass sich Wolken bilden und die gesamte Hemisphäre bedecken. Diese Stürme beeinträchtigen die chemischen Reaktionen so sehr, dass sich kaum Methan bilden kann, obwohl es unter ruhigeren Bedingungen reichlich vorhanden sein müsste.

Heiße Jupiter sind extreme Gasriesen-Exoplaneten, die ihre Wirtssterne in unmittelbarer Nähe umkreisen. Dies führt zu einer Reihe exotischer Eigenschaften hinsichtlich Temperatur, Dichte, Zusammensetzung, Chemie und Wetter. Mit dem Aufkommen revolutionärer empfindlicher Teleskope, wie dem Weltraumteleskop James Webb (JWST), haben Astro­nominnen und Astronomen begonnen, ihre Atmosphären im Detail zu untersuchen.

Eine internationale Forschungs-Kooperation, das JWST Transiting Exoplanet Early Release Science (JTEC-ERS) Team, hat das Klima des heißen Jupiter WASP-43b mit dem Mid-Infrared Instrument (MIRI) des JWST im Detail ins Visier genommen. Die Ergebnisse dieser Untersuchung unter der Leitung von Taylor J. Bell (BAER Institute and Space Science and Astrobiology Division, NASA Ames Research Center, USA) wurden in Nature Astronomy veröffentlicht.

Eine extreme Welt, wie es sie im Sonnensystem nicht gibt
Das zentrale Ergebnis ist eine Karte der globalen Temperaturverteilung. Sie wurde aus dem Infrarotlicht abgeleitet, das WASP-43b als Reaktion auf die Bestrahlung durch seinen Wirtsstern aussendet. Da MIRI einen Spektralbereich abdeckt, der für warme Materialien empfindlich ist, funktioniert es ähnlich wie ein berührungsloses Thermometer, das zur Messung von Körpertemperaturen verwendet wird, allerdings über große Entfernungen, die bei WASP-43b 280 Lichtjahre betragen. In dieser Karte liegen die gemessenen Temperaturen zwischen 600 und 1250 Grad Celsius. Im Gegensatz dazu erreicht Jupiter, der Gasriese im Sonnensystem, bei vergleichbaren Beobachtungen frostige –135 Grad.

Obwohl er in Größe und Masse dem Jupiter ähnelt, ist WASP-43b eine ganz andere Welt. Der Planet befindet sich auf einer außergewöhnlich engen Umlaufbahn um seinen Wirtsstern WASP-43. Er rast gerade einmal zwei Sterndurchmesser über der Oberfläche des Sterns und vollendet seine Bahn in nur 19,5 Stunden. Der geringe Abstand führte dazu, dass der Tag und das Jahr des Planeten sich aneinander anglichen. Mit anderen Worten: Die Umrundung des Sterns dauert genauso lange, wie der Planet für eine Drehung um seine Achse benötigt. Folglich beleuchtet und erwärmt der Stern immer dieselbe Seite des Planeten.

Winde transportieren die Luft auf die gegenüberliegende Hemisphäre, wo sie in der ewigen Nacht abkühlt. Auf WASP-43b sind diese Winde jedoch extrem heftig, mit Windgeschwindigkeiten von fast 9000 km/h. Das übertrifft alles, was wir in unserem Sonnensystem beobachten können. Im Vergleich dazu sind selbst die stärksten Winde auf dem Jupiter nur ein laues Lüftchen.

Wasserdampf, Wolken aus flüssigem Gestein und ein überraschender Mangel an Methan
„Schon mit Hubble konnten wir auf der Tagseite Wasserdampf deutlich nachweisen. Weltraumteleskope wie Hubble und Spitzer deuteten darauf hin, dass es auf der Nachtseite Wolken geben könnte“, erklärt Taylor Bell. „Um die Temperatur, die Wolkenbedeckung, die Winde und die detailliertere atmosphärische Zusammensetzung rund um den Planeten zu kartieren, benötigten wir aber präzisere Messungen mit dem JWST.“

Die JWST-Beobachtungen ergaben, dass der Temperaturkontrast zwischen der Tages- und der Nachtseite stärker ist, als man es bei einer wolkenfreien Atmosphäre erwarten würde. Modellberechnungen bestätigen, dass die Nachtseite des Planeten von einer dicken Wolkenschicht hoch oben in der Atmosphäre umhüllt ist, die einen Großteil der Infra­rot­strah­lung von den unteren Schichten blockiert, die wir sonst sehen würden. Die genaue Art der Wolken ist noch unbekannt. Auf jeden Fall handelt es sich nicht um Wasserwolken wie auf der Erde, geschweige denn um Ammoniakwolken, wie wir sie auf dem Jupiter sehen. Denn der Planet ist viel zu heiß, als dass Wasser und Ammoniak kondensieren könnten. Stattdessen dürften bei diesen Temperaturen eher Wolken aus Gestein und Mineralien vorhanden sein. Wir sollten also Wolken aus flüssigen Gesteinströpfchen erwarten. Andererseits scheint die heißere Tagseite von WASP-43b wolkenfrei zu sein.

Um die Zusammensetzung der Atmosphäre genauer zu untersuchen, erstellte das Team Spektren, d. h. sie zerlegten das empfangene Infrarotlicht in winzige Wellenlängenabschnitte, ähnlich wie ein Regenbogen, der die Farbkomponenten des Sonnenlichts sichtbar macht. Mit dieser Methode konnten sie die Signaturen einzelner chemischer Verbindungen identifizieren, die bei bestimmten Wellenlängen strahlen. Im Ergebnis bestätigten die Astronominnen und Astronomen frühere Messungen von Wasserdampf, nun allerdings über den gesamten Planeten. Hubble konnte nur die Tagseite studieren, da die Nachtseite zu dunkel war, um dort Moleküle zu erkennen. JWST mit seiner höheren Empfindlichkeit vervollständigt nun das Bild.

Ferner beherbergen heiße Jupiter typischerweise große Mengen an molekularem Wasserstoff und Kohlenmonoxid, die beide mit den Beobachtungen des Teams nicht untersucht werden konnten. Wenn sie jedoch der kühleren Nachtseite ausgesetzt sind, nehmen Wasserstoff und Kohlenmonoxid an einer Reihe von Reaktionen teil, die Methan und Wasser erzeugen. MIRI hat jedoch kein Methan gefunden. Die Forschenden erklären diese Überraschung mit den enormen Windgeschwindigkeiten auf WASP-43b. Die Re­aktions­part­ner passieren die kühlere Nachtseite so schnell, dass für die erwarteten chemischen Reaktionen nur wenig Zeit bleibt, um nachweisbare Mengen an Methan zu produzieren. Jeder noch so kleine Anteil an Methan wird gründlich mit den anderen Gasen vermischt. Es erreicht schnell wieder die Tagseite, wo es der zerstörerischen Hitze ausgesetzt ist.

„Mit dem JWST ist es uns gelungen, WASP-43b in noch nie dagewesener Detailtreue zu enträtseln“, sagt Laura Kreidberg, Direktorin am Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg. Sie ist Mitautorin des zugrundeliegenden Forschungsartikels und dem Planeten seit einem Jahrzehnt auf der Spur. „Wir sehen eine komplexe, unwirtliche Welt mit heftigen Winden, enormen Temperaturunterschieden und einer Wolkendecke, die wahrscheinlich aus Gesteinströpfchen besteht. WASP-43b erinnert uns daran, wie vielfältig das Klima auf Exoplaneten sein kann und dass die Erde in vielerlei Hinsicht besonders ist.“

Beobachtung eines Planetenkarussells
WASP-43b wurde 2011 durch die Transitmethode entdeckt. Immer wenn die Umlaufbahn eines Exoplaneten so ausgerichtet ist, dass er aus unserer Perspektive vor seinem Wirtsstern vorbeizieht, blockiert die Bedeckung einen kleinen Teil des Sternenlichts. Dieser periodische Abfall der Sternhelligkeit ist ein verräterisches Zeichen für ein Objekt, das um den Stern kreist. Anhand der genauen Signalform lassen sich die Größe des Planeten und die Neigung seiner berechnen.

Astronominnen und Astronomen machen sich einen sekundären Effekt zunutze, um den Planeten im Detail zu untersuchen. Nehmen wir als Beispiel die Venus, die während ihres Umlaufs um die Sonne ihre Beleuchtung ähnlich wie Mondphasen ändert. Exoplaneten zeigen in ähnlicher Weise unterschiedliche Phasen der Infrarotstrahlung, je nachdem, wie der Stern die Tagseite aufheizt. Die Beobachtung der allmählichen Veränderung der Proportionen zwischen der heißen und der kühlen Hemisphäre ergibt ein charakteristisches Muster, das zeigt, wie sich die gemessene Infrarot-Helligkeit des Planeten mit der Zeit verändert. Die Analyse dieses winzigen Signals, der sogenannten Phasenkurve, die das Team von WASP-43b erhielt, ermöglichte die Erstellung der Temperaturkarte und die Kartierung der Gasverteilung in seiner Atmosphäre.

Die Zukunft ist infrarot-strahlend
Eine Folgestudie eines anderen Teams unter der Leitung des ehemaligen MPIA-Wissenschaftlers Stephan Birkmann (Europäische Weltraumorganisation, ESA) wird WASP-43b mit dem Nahinfrarotspektrometer (NIRSpec) des JWST untersuchen. Diese Messungen sind empfindlich für Kohlenmonoxidgas, das in der Atmosphäre weitverbreitet sein sollte. Weiterhin wird die erweiterte Wellenlängenabdeckung die Genauigkeit der MIRI-Temperaturkarte verbessern und dazu beitragen, die Verteilung und Zusammensetzung der Wolken genauer zu untersuchen.

Hintergrundinformationen
Die an dieser Studie beteiligten MPIA-Wissenschaftler sind Laura Kreidberg, Eva-Maria Ahrer (außerdem University of Warwick, Coventry, UK), Sebastian Zieba (außerdem Sternwarte Leiden, Universität Leiden, Niederlande [Leiden]) und Maria E. Steinrueck (jetzt University of Chicago, USA).

Weitere Forscher sind Taylor J. Bell (BAER Institute and Space Science and Astrobiology Division, NASA Ames Research Center, Moffet Field, USA), Nicolas Crouzet (Leiden) und Patricio E. Cubillos (INAF – Osservatorio Astrofisico di Torino, Pino Torinese, Italien und Weltraumforschungsinstitut, Österreichische Akademie der Wissenschaften, Graz, Österreich).

Das MIRI-Konsortium besteht aus den ESA-Mitgliedstaaten Belgien, Dänemark, Frankreich, Deutschland, Irland, den Niederlanden, Spanien, Schweden, der Schweiz und dem Vereinigten Königreich. Die nationalen Wissen­schafts­orga­nisationen finanzieren die Arbeit des Konsortiums – in Deutschland die Max-Planck-Gesellschaft (MPG) und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Die beteiligten deutschen Institutionen sind das Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, die Universität Köln und die Hensoldt AG in Oberkochen, ehemals Carl Zeiss Optronics.

Das JWST ist das weltweit führende Observatorium für die Weltraumforschung. Es ist ein internationales Programm, das von der NASA gemeinsam mit ihren Partnern ESA (Europäische Weltraumorganisation) und CSA (Kanadische Weltraumorganisation) geleitet wird.

Originalveröffentlichung
Taylor J. Bell, Nicolas Crouzet, Patricio E. Cubillos, Laura Kreidberg, et al.
Nightside clouds and disequilibrium chemistry on the hot Jupiter WASP-43b
Nature Astronomy (2024)
dx.doi.org/10.1038/s41550-024-02230-x
https://arxiv.org/abs/2401.13027
pdf: https://arxiv.org/pdf/2401.13027

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• Exoplaneten

Der Beitrag Wolken bedecken die Nachtseite des heißen Exoplaneten WASP-43b erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Wien 24. Juli 2023.

Wien, 24. Juli 2023 – Die internationale MINDS-Forschungsgruppe hat mit dem Weltraumteleskop James Webb Wasser in der inneren Region einer Scheibe aus Gas und Staub um einen jungen Stern entdeckt. Gewöhnlich bilden sich in dieser Zone erdähnliche Planeten. Erstmals wurde in einer Scheibe dieser Art, die bereits mindestens zwei Planeten beherbergt, auch Wasser entdeckt. Etwaige Gesteinsplaneten, die in der inneren Scheibe entstehen, würden unmittelbar von einem beträchtlichen Wasserreservoir profitieren, was die Chancen auf eine spätere Lebensfreundlichkeit verbessern würde. In der kürzlich in Nature erschienen Studie berichten die Astronom*innen von ihrer Entdeckung, ein Hinweis auf einen Mechanismus, der potenziell lebensfreundliche Planeten während ihrer Entstehung mit Wasser versorgt. Auch Astrophysiker Manuel Güdel von der Universität Wien ist Mitglied der MINDS-Gruppe.

Wasser ist für das Leben auf der Erde unerlässlich. Wie genau das Wasser auf die Erde oder erdähnliche Exoplaneten gelangt ist, wird jedoch unter Astronom*innen noch diskutiert. Die bisher am weitesten verbreitete Erklärung dafür: Wasserhaltige Asteroiden bombardieren die Oberfläche eines jungen Planeten und bringen so das Wasser dorthin. Die neue Entdeckung lässt nun eine andere Erklärung zu: „Wir haben jetzt möglicherweise Beweise dafür gefunden, dass Wasser eines der frühesten Bestandteile von Gesteinsplaneten sein könnte und bereits bei ihrer Geburt vorhanden ist“, sagt Giulia Perotti, Hauptautorin der Studie und Astronomin am Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg, Deutschland.

Wasser in der inneren Scheibe von PDS 70
Durch Beobachtungen mit MIRI (Mid-InfraRed Instrument) an Bord des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) entdeckten Astronom*innen Wasser in der Nähe des Zentrums der Scheibe um den jungen Stern PDS 70, 370 Lichtjahre von der Erde entfernt. Der Studie zufolge handelt es sich bei dem Wasser um heißen Dampf mit einer Temperatur von glühenden 330 Grad Celsius (600 Kelvin).

„Der erstmalige Nachweis von Wasser in dieser Zone einer planetenbildenden Scheibe ist äußerst spannend, da er damit auch erste Hinweise liefert, dass die Erde in ihrer Entstehungsphase trotz der Anwesenheit der riesigen Gasplaneten Jupiter und Saturn in unserem Sonnensystem wohl nicht vom Wassernachschub abgetrennt war“, erklärt Manuel Güdel. Er ist Mitautor des zugrunde liegenden Artikels, Co-PI (Principal Investigator) von MIRI und Mitglied des Forschungsprogramms MINDS (MIRI Mid-Infrared Disk Survey).

Bislang gibt es noch keine Hinweise auf Planeten in der Nähe des Zentrums der PDS 70-Scheibe. Stattdessen umkreisen zwei Gasriesenplaneten weiter draußen, PDS 70 b und c, den Stern. Bisher wurde angenommen, dass die Riesenplaneten im PDS-70-System, oder ähnlich auch Jupiter und Saturn in der Entstehungsphase unseres Sonnensystems, große Mengen des Scheibenmaterials zu ihrem eigenen Aufbau wegerodieren und damit auch den Wassernachschub von außen in die innere Scheibenzone stoppen.

PDS 70 ist die erste relativ alte Scheibe – etwa 5,4 Millionen Jahre alt – in der Forschende Wasser gefunden haben. Mit der Zeit nimmt der Gas- und Staubgehalt von planetenbildenden Scheiben ab. Entweder entfernen die Strahlung oder der Wind des Zentralsterns Material wie Staub und Gas, oder der Staub wächst zu größeren Objekten heran, die schließlich Planeten bilden. Da frühere Studien kein Wasser in den zentralen Regionen ähnlich entwickelter Scheiben nachweisen konnten, vermuteten die Astronom*innen, dass es die harte Sternstrahlung nicht überleben könnte, was zu trockenen Umgebungen während der Entstehung von Gesteinsplaneten führen würde. Dennoch haben die Astronom*innen nun Wasserdampf in der Scheibe entdeckt.

Woher kommt das Wasser?
Da der Wasserfund für die Forscher*innen eher unerwartet war, stellen sie sich nun die Frage, wie das Wasser in die sternnahen Regionen der Scheibe gekommen sein könnte. Eine Möglichkeit besteht darin, dass das Wasser ein Überbleibsel eines ursprünglich wasserreichen Nebels ist, der dem Scheibenstadium vorausging. Eine weitere Quelle könnte Gas sein, das von den äußeren Rändern der Scheibe von PDS 70 einströmt. Unter bestimmten Umständen können sich Sauerstoff- und Wasserstoffgas verbinden und Wasserdampf bilden.

„Die Wahrheit liegt wahrscheinlich in einer Kombination aus all diesen Möglichkeiten“, sagt Perotti. „Dennoch ist es wahrscheinlich, dass einer dieser Mechanismen eine entscheidende Rolle beim Auffüllen des Wasserreservoirs der PDS 70-Scheibe spielt. In Zukunft wird es darum gehen, herauszufinden, welcher das ist.“

Fest steht jedenfalls, dass ein solches Szenario die Chancen verbessern könnte, Gesteinsplaneten mit reichlich Wasser zu finden, auf denen Leben möglich ist. Die Fortschritte des MINDS-Programms werden schließlich zeigen, ob Wasser in den planetenbildenden Zonen der entwickelten Scheiben um junge Sterne häufig vorkommt oder ob PDS 70 lediglich eine Ausnahme darstellt. Momentan wartet das Team auf eine weitere Reihe von JWST-Beobachtungen, die detaillierte Bilder der inneren Scheibe von PDS 70 liefern werden. Damit will das Team noch genauer feststellen, wie nahe am Stern Wasser vorhanden ist.

„Die JWST-Beobachtung von PDS 70 trägt substantiell zu unserem Verständnis habitabler Planeten bei, also Planeten, auf denen nach unserem Verständnis Leben auf der Oberfläche entstehen und gedeihen kann. Bisher gehen wir davon aus, dass Wasser eine unbedingte Voraussetzung für Leben ist. Dass Wasser schon in der Entstehungsphase erdähnlicher Planeten nahe beim Stern in großen Mengen zur Verfügung steht, eröffnet neue Wege zu belebbaren Planeten“, erklärt Manuel Güdel von der Universität Wien.

Hintergrundinformationen
Das MINDS-Team beobachtete PDS 70 im Rahmen des JWST Guaranteed Time Observation (GTO) Programms 1282, „MIRI EC Protoplanetary and Debris Disks Survey“. Manuel Güdel ist Co-PI des MIRI-Instruments und ist gegenwärtig in dieser Eigenschaft zusätzlich mit dem Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg und mit der ETH Zürich affiliiert.

Originalpublikation:
G. Perotti et al., „Water in the terrestrial planet-forming zone of the PDS 70 disk“, Nature (2023).
DOI: 10.1038/s41586-023-06317-9,
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06317-9,
pdf: https://www.nature.com/articles/s41586-023-06317-9.pdf;

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• Exoplaneten

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Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie 25. November 2022.

25. November 2022 – Während seine Größe dem Durchmesser des Jupiters entspricht, beträgt die Masse von HD 114082 b das Achtfache des Jupiters. Zusammengenommen sind diese beiden Größen schwer mit den weithin akzeptierten Modellen der Planetenentstehung zu vereinbaren. Eine mögliche Lösung dieses Rätsels könnte eine Aktualisierung der Entstehungsmodelle erfordern, um einen ungewöhnlich großen festen Planetenkern zu erlauben.

Astronomen haben mehr als 5.000 Exoplaneten entdeckt, von denen etwa 15 % Gasriesen mit einer Masse von mindestens der des Jupiters sind. Nun entdeckte eine Gruppe von Astronomen und Astronominnen unter der Leitung von Olga Zakhozhay (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Deutschland, und Astronomisches Haupt­observatorium der Nationalen Akademie der Wissenschaften der Ukraine, Kiew, Ukraine) einen Exoplaneten mit dem Namen HD 114082 b, der eine Reihe von Eigenschaften aufweist, die den Wissenschaftlern Kopfzerbrechen bereiten.

Der Planet ist etwa so groß wie der Jupiter, aber seine Masse erreicht acht Jupitermassen. „Verglichen mit derzeit akzeptierten Modellen ist HD 114082 b etwa zwei- bis dreimal zu dicht für einen jungen Gasriesen mit einem Alter von nur 15 Millionen Jahren“, sagt Olga Zakhozhay, die Hauptautorin der Studie. Die sich daraus ergebende mittlere Dichte dieses Gasplaneten ist doppelt so hoch wie die der Erde – was wirklich bemerkenswert ist. Schließlich ist die Erde ein Gesteinsplanet mit einem Eisen-Nickel-Kern und besteht nicht aus Wasserstoff und Helium, den leichtesten Elementen im Universum, aus denen Jupiter nahezu ausschließlich aufgebaut ist.

„HD 114082 b ist derzeit der jüngste bekannte Gasriesenplanet mit einer ermittelten Masse und einem ermittelten Radius“, so Zakhozhay. Daher verspricht er, den Astronomen etwas über die Entstehung von Gasriesen im Allgemeinen zu lehren.

Zwei verschiedene Mechanismen der Planetenentstehung
„Wir denken, dass sich Riesenplaneten auf zwei Arten bilden können“, sagt Ralf Launhardt, Mitautor vom MPIA. „Beide finden innerhalb einer protoplanetaren Scheibe aus Gas und Staub statt, die sich um einen jungen Zentralstern verteilt.“ Beim ersten Prozess, der als „Kernakkretion“ bezeichnet wird, sammelt sich zunächst ein fester Kern aus Gesteins­material an. Sobald dieser eine kritische Masse erreicht hat, zieht seine Gravitationskraft das umgebende Gas an, was zur raschen Anhäufung von Wasserstoff und Helium führt, wodurch ein Riesenplanet entsteht. Beim zweiten Vorgang, der „Scheibeninstabilität“ genannt wird, kollabieren gravitativ instabile Pakete aus dichtem Gas direkt und bilden einen Riesenplaneten ohne Gesteinskern.

Je nach den für diese beiden Szenarien getroffenen Annahmen sollte das Gas unterschiedlich schnell abkühlen, was die Temperatur junger Gasriesenplaneten bestimmt. Daher können die neuen Planeten einen „kalten Beginn“ oder einen „heißen Beginn“ durchlaufen, was zu beobachtbaren Unterschieden führt, die möglicherweise zwischen diesen Modellen unterscheiden können, insbesondere in jungen Jahren.

Die bevorzugten Modelle passen nicht
Derzeit bevorzugen viele Astronomen und Astronominnen ein Kernakkretions-Szenario mit einem heißen Beginn für Riesenplaneten wie HD 114082 b. Da heißes Gas ein größeres Volumen einnimmt als kaltes Gas, sollte man merkliche Unterschiede in den Größen der beobachteten Planeten feststellen. Dieser Größenunterschied ist bei jungen Planeten stärker ausgeprägt. In den ersten Hunderten von Millionen Jahren der Abkühlung nach der Entstehung verringert sich dieser Effekt jedoch.

Auf den ersten Blick widerspricht HD 114082 b den Erwartungen. Die Kombination aus Masse und Größe passt nicht zum Bild des heißen Beginns. Stattdessen entspricht er eher dem Szenario des kalten Beginns. Interessanterweise zeigen einige etwas ältere Kandidaten, die in anderen Studien genannt wurden, das gleiche Verhalten. „Es ist viel zu früh, um die Vorstellung eines heißen Anfangs aufzugeben“, erklärt Ralf Launhardt. „Wir können nur sagen, dass wir die Entstehung von Riesenplaneten noch nicht sehr gut verstehen.“ Es ist klar, dass HD 114082 b im Vergleich zu den aktuellen Modellen zu klein für seine Masse ist. Entweder hat er einen ungewöhnlich großen festen Kern, oder die Modelle sind falsch und unterschätzen die Rate, mit der diese Gasriesen abkühlen können – oder beides.

Der Nutzen von Langzeitprojekten
Die Entdeckung von HD 114082 b ist das Ergebnis eines umfangreichen Beobachtungsprogramms namens RVSPY (Radial Velocity Survey for Planets around Young stars). Derzeit umfasst es 775 Beobachtungsstunden mit dem vom MPIA betriebenen 2,2-Meter-Teleskop der ESO/MPG am Standort La Silla der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile, die sich über 4,5 Jahre verteilen. RVSPY ist ein gutes Beispiel für ertragreiche astronomische Forschung, die an Teleskopen mit dauerhaftem Zugang über einen langen Zeitraum durchgeführt wird. Solche Studien wären mit den neuesten Teleskopen kaum möglich, da die Beobachtungszeit pro Projekt aufgrund der hohen Nachfrage stark begrenzt ist.

Ziel von RVSPY ist es, die Anzahl und Verteilung der (heißen, warmen und kalten) Riesenplaneten um junge Sterne aufzudecken. Zu diesem Zweck nehmen die Astronomen und Astronominnen Zeitreihen von Spektren von 111 jungen Sternen auf, d. h. sie zerlegen das Sternenlicht in seine grundlegenden Farbkomponenten, ähnlich wie wir es bei einem Regenbogen sehen. Winzige periodische Verschiebungen in den Sternspektren können auf eine Taumelbewegung des beobachteten Sterns hinweisen, die durch die Anziehungskraft eines ihn umkreisenden Planeten verursacht wird. Grundsätzlich kann die Aktivität der Sterne, wie Pulsationen oder Flares, die Messungen beeinträchtigen, insbesondere bei jungen Sternen wie HD 114082. Die Qualität der RVSPY-Daten ist jedoch gut genug, um das Signal des wankenden Sterns zweifelsfrei zu erkennen. Das Team bezog auch ältere Archivdaten von anderen Teleskopen ein, um die Abdeckung in die Vergangenheit auszudehnen.

Ein Transit-Ereignis vervollständigt die Analyse
Während die Astronomen diese so genannte Radialgeschwindigkeits­methode anwenden, um auf die Masse und die Umlaufzeit eines Planeten um seinen Zentralstern zu schließen, müssen sie zur Bestimmung seiner Größe auf eine andere Technik zurückgreifen. Nehmen wir an, dass die Planetenbahn so ausgerichtet ist, dass sie zufällig den Zentralstern kreuzt. Man nennt ein solches Ereignis einen „Transit“. Wenn dies geschieht, lässt sich aufgrund der periodisch auftretenden winzigen Abschwächung des empfangenen Lichts während der Transits der Radius des Planeten berechnen und seine Umlaufdauer genauer bestimmen.

„Wir vermuteten bereits eine Konfiguration der Planetenbahn, die fast auf der Seite liegt, da vor einigen Jahren ein Ring aus Staub um HD 114082 entdeckt wurde“, sagt Olga Zakhozhay. „Dennoch hatten wir das Glück, in den TESS-Daten eine Beobachtung mit einer beeindruckenden Transitlichtkurve zu finden, die unsere Analyse verbesserte.“ TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) ist eine NASA-Raumsonde, die nach Exoplaneten um Sterne in relativer Nähe zur Erde sucht.

Durch die Kombination dieser Messungen fanden Zakhozhay und ihre Kollegen heraus, dass HD 114082 b seinen sonnenähnlichen Mutterstern innerhalb von 110 Tagen in einem Abstand von etwa 0,5 Astronomischen Einheiten umkreist. Eine Astronomische Einheit ist der mittlere Abstand zwischen der Sonne und der Erde. Sie ähnelt damit der Umlaufbahn des Merkurs um unsere Sonne.

Bessere Modelle werden benötigt
HD 114082 b ist einer von nur drei jungen Riesenplaneten mit einem Alter von bis zu 30 Millionen Jahren, deren Masse und Größe bekannt sind. Und alle stehen wahrscheinlich im Widerspruch zu den am häufigsten angenommenen Modellen für den heißen Beginn. Obwohl die Astronomen und Astronominnen mit drei Planeten auf eine Statistik mit niedrigen Zahlen zurückgreifen, ist es unwahrscheinlich, dass alle diese Planeten Ausreißer sind. „Zwar werden mehr solcher Planeten benötigt, um diesen Trend zu bestätigen, aber wir glauben, dass Theoretiker ihre Berechnungen erneut überdenken sollten“, so Zakhozhay. „Es ist spannend, wie unsere Beobachtungsergebnisse in die Theorie der Planeten­bildung einfließen. Sie tragen dazu bei, unser Wissen darüber zu verbessern, wie diese Riesenplaneten entstehen, und zeigen uns, wo die Lücken in unserem Verständnis liegen.“

Hintergrundinformationen
Die an dieser Studie beteiligten MPIA-Forscher sind Olga V. Zakhozhay (außerdem Astronomisches Hauptobservatorium der Nationalen Akademie der Wissenschaften der Ukraine, Kiew, Ukraine), Ralf Launhardt, Trifon Trifonov, Martin Kürster, Thomas Henning und Gabriel-Dominique Marleau (außerdem Universität Duisburg-Essen, Deutschland; Universität Tübingen, Deutschland; Universität Bern, Schweiz).

Originalpublikation:
Olga V. Zakhozhay et al., „Radial Velocity Survey for Planets around Young stars (RV SPY): A transiting warm Super-Jovian planet around HD 114082, a young star with a debris disk“, Astronomy & Astrophysics, 667, L14 (2022), doi: 10.1051/0004-6361/202244747, https://www.aanda.org/component/article?access=doi&doi=10.1051/0004-6361/202244747, pdf: https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2022/11/aa44747-22.pdf.

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• Exoplaneten

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Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie 13. Oktober 2022.

13. Oktober 2022 – Die Entdeckung von Barium in großen Höhen in den Atmosphären der ultraheißen Gasriesen WASP-76 b und WASP-121 b – zwei Exoplaneten, also Planeten, die um Sterne außerhalb unseres Sonnensystems kreisen – war eine Überraschung. Diese unerwartete Entdeckung gibt Rätsel darüber auf, wie diese exotischen Atmosphären beschaffen sein könnten.

„Das eigentlich Rätselhafte und Paradoxe ist: Warum befindet sich ein so schweres Element in den oberen Schichten der Atmosphäre dieser Planeten?“, sagt Tomás Azevedo Silva, Doktorand an der Universität Porto und dem Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) in Portugal, der die heute in Astronomy & Astrophysics veröffentlichte Studie leitete.

WASP-76 b und WASP-121 b sind keine gewöhnlichen Exoplaneten. Beide sind als ultraheiße Jupiter bekannt, da sie von der Größe her mit dem Jupiter vergleichbar sind und gleichzeitig extrem hohe Oberflächentemperaturen von über 1000 °C aufweisen. Die Ursache dafür ist die große Nähe zu ihren Wirtssternen, was auch bedeutet, dass ein Umlauf um den jeweiligen Stern nur ein bis zwei Tage dauert. Dies führt zu recht exotischen Eigenschaften dieser Planeten; bei WASP-76 b vermuten die Astronomen beispielsweise, dass es Eisen regnet.

Dennoch waren die Wissenschaftler überrascht, in den oberen Atmosphären von WASP-76 b und WASP-121 b Barium zu finden, das 2,5 Mal schwerer ist als Eisen. „Angesichts der hohen Schwerkraft der Planeten würden wir erwarten, dass schwere Elemente wie Barium schnell in die unteren Schichten der Atmosphäre fallen“, erklärt Koautor Olivier Demangeon, ebenfalls Forscher an der Universität Porto und am IA.

„In gewisser Weise war das eine »zufällige« Entdeckung“, sagt Azevedo Silva. „Wir hatten Barium weder erwartet noch danach gesucht. Wir mussten uns vergewissern, dass es tatsächlich von dem Planeten stammt, da es noch nie zuvor in einem Exoplaneten nachgewiesen worden war.“

Die Tatsache, dass Barium in den Atmosphären dieser beiden ultraheißen Jupiter nachgewiesen wurde, deutet darauf hin, dass diese Planetenkategorie noch sonderbarer sein könnte, als bisher angenommen. Obwohl wir Barium gelegentlich an unserem eigenen Himmel als leuchtend grüne Farbe in Feuerwerkskörpern sehen, stellt sich für die Forschenden die Frage, welcher natürliche Prozess dazu führen könnte, dass dieses schwere Element in diesen Exoplaneten in so großen Höhen vorkommt. „Derzeit sind wir uns über die Mechanismen noch nicht im Klaren“, erklärt Demangeon.

Für die Erforschung der Atmosphären von Exoplaneten sind die ultraheißen Jupiter äußerst nützlich. Wie Demangeon erklärt: „Da sie gasförmig und heiß sind, dehnen sich ihre Atmosphären sehr weit aus und sind daher leichter zu beobachten und zu untersuchen als die von kleineren oder kühleren Planeten.“

Die Bestimmung der Zusammensetzung der Atmosphäre eines Exoplaneten erfordert eine sehr spezielle Ausrüstung. Das Team nutzte das ESPRESSO-Instrument am VLT der ESO in Chile, um Sternenlicht zu analysieren, das durch die Atmosphären von WASP-76 b und WASP-121 b gefiltert worden war.

Diese neuen Ergebnisse zeigen, dass wir erst an der Oberfläche der Geheimnisse der Exoplaneten gekratzt haben. Mit zukünftigen Instrumenten wie dem hochauflösenden ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph (ANDES) werden die Astronomen in der Lage sein, die Atmosphären von großen und kleinen Exoplaneten, einschließlich der Atmosphären von erdähnlichen Gesteinsplaneten, sehr viel eingehender zu erforschen. ANDES wird am kommenden Extremely Large Telescope (ELT) der ESO zum Einsatz kommen. So können sie weitere Hinweise auf die Eigenschaften dieser seltsamen Welten sammeln.

Weitere Informationen
Diese Studie wurde in der Veröffentlichung „Detection of Barium in the atmospheres of ultra-hot gas giants WASP-76b & WASP-121b“ vorgestellt, die in Astronomy & Astrophysics erscheint (doi: 10.1051/0004-6361/202244489) (https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2022/10/aa44489-22/aa44489-22.html).

Das Team besteht aus T. Azevedo Silva (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade do Porto, Portugal [IA/UPorto, CAUP] und Departamento de Física e Astronomia Faculdade de Ciências, Universidade do Porto, Portugal [FCUP]), O. D. S. Demangeon (IA/UPorto, CAUP und FCUP), N. C. Santos (IA/UPorto, CAUP und FCUP), R. Allart (Fachbereich Physik und Institut für die Erforschung von Exoplaneten, Université de Montréal, Kanada und Observatoire astronomique de l’Université de Genève, Schweiz [UNIGE]), F. Borsa (INAF – Osservatorio Astronomico di Brera, Italien) , E. Cristo (IA/UPorto, CAUP und FCUP) , E. Esparza-Borges (Instituto de Astrofísica de Canarias, Spanien [IAC] und Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Teneriffa, Spanien [IAC-ULL]) , J. V. Seidel (Europäische Südsternwarte, Chile [ESO Chile]) , E. Palle (IAC) , S. G. Sousa (IA/UPorto), H. M. Tabernero (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Spanien [CSIC-INTA]), M. R. Zapatero Osorio (CSIC-INTA), S. Cristiani (INAF – Osservatorio Astronomico di Trieste, Italien [INAF Trieste]), F. Pepe (UNIGE) , R. Rebolo (IAC und IAC-ULL) , V. Adibekyan (IA/UPorto und FCUP), Y. Alibert (Physikalisches Institut, Universität Bern, Schweiz), S. C. C. Barros (IA/UPorto und FCUP), V. Bourrier (UNIGE) , P. Di Marcantonio (INAF Trieste), V. D’Odorico (INAF Trieste, Scuola Normale Superiore, Italien und Institut für Fundamentalphysik des Universums, Trieste, Italien [IFPU]), D. Ehrenreich (UNIGE und Centre Vie dans l’Univers, Faculté des sciences de l’Université de Genève, Schweiz), P. Figueira (UNIGE und IA/UPorto), J. I. González Hernández (IAC und Universidad de La Laguna, Departamento de Astrofísica, Spanien), C. J. A. P. Martins (UA/UPorto und Centro de Astrofísica da Universidade do Porto, Portugal), A. Mehner (ESO Chile) , G. Micela (INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo, Italien), P. Molaro (INAF Trieste und IFPU), D. Mounzer (UNIGE), N. J. Nunes (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa und Departamento de Física, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, Portugal), A. Sozzetti (INAF – Osservatorio Astrofisico di Torino, Italien), A. Suárez Mascareño (IAC und IAC-ULL), und S. Udry (UNIGE).

Die Europäische Südsternwarte (ESO) befähigt Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit, die Geheimnisse des Universums zum Nutzen aller zu entdecken. Wir entwerfen, bauen und betreiben Observatorien von Weltrang, die Astronominnen und Astronomen nutzen, um spannende Fragen zu beantworten und die Faszination der Astronomie zu wecken, und wir fördern die internationale Zusammenarbeit in der Astronomie. Die ESO wurde 1962 als zwischenstaatliche Organisation gegründet und wird heute von 16 Mitgliedstaaten (Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Finnland, Irland, Italien, den Niederlanden, Österreich, Polen, Portugal, Schweden, der Schweiz, Spanien, der Tschechischen Republik und dem Vereinigten Königreich) sowie dem Gastland Chile und Australien als strategischem Partner unterstützt. Der Hauptsitz der ESO und ihr Besucherzentrum und Planetarium, die ESO Supernova, befinden sich in der Nähe von München in Deutschland, während die chilenische Atacama-Wüste, ein wunderbarer Ort mit einzigartigen Bedingungen für die Himmelsbeobachtung, unsere Teleskope beherbergt. Die ESO betreibt drei Beobachtungsstandorte: La Silla, Paranal und Chajnantor. Am Standort Paranal betreibt die ESO das Very Large Telescope und das dazugehörige Very Large Telescope Interferometer sowie Durchmusterungsteleskope wie z. B. VISTA. Ebenfalls am Paranal wird die ESO das Cherenkov Telescope Array South betreiben, das größte und empfindlichste Gammastrahlen-Observatorium der Welt. Zusammen mit internationalen Partnern betreibt die ESO auf Chajnantor APEX und ALMA, zwei Einrichtungen zur Beobachtung des Himmels im Millimeter- und Submillimeterbereich. Auf dem Cerro Armazones in der Nähe von Paranal bauen wir „das größte Auge der Welt am Himmel“ – das Extremely Large Telescope der ESO. Von unseren Büros in Santiago, Chile, aus unterstützen wir unsere Aktivitäten im Land und arbeiten mit chilenischen Partnern und der Gesellschaft zusammen.

ESO-Paper:
https://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso2213/eso2213a.pdf

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• Exoplaneten

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Quelle: Universität Bern 25. August 2022.

25. August 2022 – Aufgrund seiner Rolle bei der Regulierung des Klimas ist Kohlendioxid ein zentraler Bestandteil der Erdatmosphäre. Das Molekül in der Atmosphäre von fernen Exoplaneten eindeutig detektieren zu können, ist daher ein essenzieller Schritt bei der Suche nach lebensfreundlichen Welten. Genau dies ist einem internationalen Team von Forschenden, mit Beteiligung der Universität Bern, der Universität Genf und dem Nationalen Forschungsschwerpunkts (NFS) PlanetS dank Beobachtungen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop gelungen.

Das Teleskop wird gemeinsam von der Europäischen Weltraumorganisation ESA, der Amerikanischen Weltraumbehörde NASA, und der Kanadischen Weltraumorganisation CSA betrieben und hat im Juni 2022 seine wissenschaftliche Arbeit aufgenommen. Nun werden erste Resultate im Fachmagazin Nature veröffentlicht.

Ein aufgeblähter Gasriese filtert Sternenlicht
Der Planet WASP-39b ist ein heißer Gasriese, der einen sonnenähnlichen Stern in 700 Lichtjahren Entfernung von der Erde umkreist. Im Gegensatz zu den Gasriesen in unserem Sonnensystem umkreist WASP-39b seinen Stern in einem engen Orbit – in nur etwa einem Achtel der Entfernung zwischen Sonne und Merkur – und benötigt für einen Umlauf nur etwas mehr als vier Erdentage. Durch die intensive Sonneneinstrahlung wird der Planet auf etwa 900°C aufgeheizt. «Die Hitze bewirkt, dass sich die Atmosphäre des Planeten ausdehnt und so ist WASP-39b ein Drittel grösser als Jupiter, der größte Gasriese unseres Sonnensystems.», erklärt Monika Lendl, Mitautorin der Studie, Astronomieprofessorin an der Universität Genf und NFS PlanetS-Mitglied.

Wenn ein Planet direkt vor seinem Stern vorbeizieht, scheint ein Teil des Sternenlichts durch die Atmosphäre des Planeten, bevor es das Teleskop erreicht. «Die Atmosphäre filtert einige Farben stärker heraus als andere, je nachdem, woraus sie besteht, wie dick sie ist und ob es in ihr Wolken gibt oder nicht», so Lendl. Mit dem James Webb Teleskop können Forschende das Licht in seine Farben aufschlüsseln, um charakteristische «Fingerabdrücke» verschiedener Gase zu identifizieren und die Zusammensetzung der Atmosphäre zu bestimmen.

Erster eindeutiger Nachweis von Kohlendioxid auf einem Exoplaneten
Mit Hilfe des Nahinfrarot-Spektrographen (NIRSpec) des Webb-Teleskops konnte das Team von Forschenden den Fingerabdruck von Kohlendioxid in dem Licht, das die Atmosphäre von WASP-39b durchquerte, nachweisen. «Gleich beim ersten Anblick der Daten war klar, dass wir es mit einer spektakulären Entdeckung zu tun haben», sagt Dominique Petit dit de la Roche, Forscherin an der Universität Genf, Mitautorin der Studie und NFS PlanetS Mitglied. «Zum ersten Mal wurde Kohlendioxid eindeutig auf einem Planeten außerhalb des Sonnensystems nachgewiesen.»

«Die Entdeckung eines so deutlichen Signals von Kohlendioxid auf WASP-39b ist ein gutes Vorzeichen. Sowohl für die Entdeckung von Atmosphären auf kleineren, erdgroßen Planeten als auch für die Messung der Häufigkeit von weiteren Gasen wie Wasser und Methan», sagte Natalie Batalha von der University of California in Santa Cruz, die Leiterin des internationalen Forschungsteams, das die Beobachtungen durchführte.

Das Verständnis der Zusammensetzung der Atmosphäre eines Planeten erlaubt auch Einblicke in den Ursprung des Planeten und seine Entwicklung. «Kohlendioxidmoleküle sind gute Indikatoren für die Geschichte der Planetenentstehung», sagt Elspeth Lee, Mitautorin der Studie, Ambizione-Stipendiatin an der Universität Bern und Mitglied des NFS PlanetS.

«Der eindeutige Nachweis von Kohlendioxid in WASP-39b gibt uns Aufschluss über den Bestand an Kohlenstoff- und Sauerstoffmolekülen in der Atmosphäre. Dadurch erhalten wir eine Vorstellung von den vielfältigen chemischen Prozessen, die in Atmosphären unter solch extremen Bedingungen ablaufen, sowie von dem möglichen Gesteins- und Gasmaterial, das der Planet während seiner Entstehungsphasen aufgenommen haben könnte», so Lee weiter.

Early Release Science
Die NIRSpec-Beobachtung von WASP-39b ist nur ein Teil eines großen Beobachtungsvorhabens mit dem James Webb Teleskop, das weitere Beobachtungen von WASP-39b sowie Beobachtungen von zwei anderen Planeten umfasst. Die Beobachtungen sind Teil des sogenannten Early Release Science-Programms, das entwickelt wurde, um der internationalen Forschungsgemeinschaft so schnell wie möglich wissenschaftliche Daten vom James Webb Teleskop zur Verfügung zu stellen und dadurch die bestmögliche wissenschaftliche Nutzung des Weltraumteleskops sicher zu stellen.

Angaben zur Publikation
JWST Transiting Exoplanet Community Early Release Science Team: Identification of carbon dioxide in an exoplanet atmosphere, Accepted for publication in Nature https://arxiv.org/abs/2208.11692

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• JWST – James Webb Space Telescope

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Quelle: Universität Duisburg-Essen (UDE), Dr. Alexandra Nießen 20. Juli 2022.

20. Juli 2022 – „Mich interessiert, wie das Klima von (frühen) Planeten-Atmosphären physikalisch entstehen konnte. Woraus bestanden sie chemisch? Und wie wechselwirken Jets mit ihrer Umgebung?“, skizziert Rolf Kuiper. Was haben Jets mit Planeten zu tun? „Nahezu gar nichts“, lacht der UDE-Professor. Sie bezeichnen in der Astronomie einen Gas-Strom und durchqueren das Universum über Lichtjahre.

An der UDE wird Rolf Kuiper unter anderem untersuchen, wie erdähnliche Gesteinsplaneten, Gasriesen und Schwarze Löcher entstanden sind. Dabei geht er bis in die frühen Zeiten unseres Universums zurück. „Wir modellieren physikalische Phänomene von der Wechselwirkung von Staubkörnern mit Winden und Strahlung bis hin zu an Masse zunehmenden astrophysikalischen Objekten. Darunter finden sich etwa Planeten, Sterne und Schwarze Löcher, die wir am Hochleistungsrechner modellieren“, so Kuiper. In der UDE-Physik kann er dazu mit dem Experimentellen Astrophysiker Prof. Dr. Gerhard Wurm und dem theoretischen Physiker und Heisenberg-Stipendiaten Dr. Eric Parteli kooperieren. Damit schärft er zugleich das UDE-Profil in diesem Bereich.

Rolf Kuiper studierte Physik von 2000 bis 2006 an der Universität Heidelberg. Dann forschte er bis 2010 am Max-Planck-Institut (MPI) für Astronomie, wo er 2009 promoviert wurde. Danach ging er in die USA ans Jet Propulsion Laboratory (Raketenantriebslabor) des California Institute of Technology (2011-2012); es baut und steuert für die NASA Raumsonden und Satelliten. Zurück in Deutschland arbeitete der Postdoktorand an den Universitäten Heidelberg (2012) und Tübingen (2013) sowie am MPI für Astronomie (2013/14). Von 2015 bis 2021 leitete er eine Emmy Noether Forschungsgruppe an der Uni Tübingen und von 2021-22 eine Heisenberg-Forschungsgruppe an der Uni Heidelberg.

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• Planetenentstehung

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Quelle: Universität Bern.

28. Januar 2022 – Die Atmosphäre der Erde ist keine einheitliche Hülle, sondern besteht aus verschiedenen Schichten, die jeweils charakteristische Eigenschaften haben. Die unterste Schicht, die sich vom Meeresspiegel bis zu den höchsten Berggipfeln erstreckt – die Troposphäre – enthält etwa den meisten Wasserdampf und ist somit die Schicht, in der die meisten Wetterphänomene auftreten. Die darüber liegende Schicht – die Stratosphäre – enthält die berühmte Ozonschicht, die uns vor der schädlichen ultravioletten Strahlung der Sonne schützt.

In einer neuen Studie, die soeben in der Fachzeitschrift Nature Astronomy erschienen ist, zeigt ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Universität Lund erstmals, dass auch die Atmosphäre eines der extremsten bekannten Planeten ähnlich ausgeprägte Schichten aufweisen könnte – wenn auch mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften.

Ein exotischer Cocktail als Atmosphäre
WASP-189b ist ein Planet außerhalb unseres eigenen Sonnensystems, der 322 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Umfangreiche Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop CHEOPS im Jahr 2020 ergaben unter anderem, dass der Planet 20-mal näher an seinem Wirtsstern ist als die Erde an der Sonne und eine Tagestemperatur von 3.200 Grad Celsius aufweist. Neuere Untersuchungen mit dem HARPS-Spektrographen am La Silla-Observatorium in Chile ermöglichten den Forschenden nun erstmals einen genaueren Blick auf die Atmosphäre des jupiterähnlichen Planeten.

«Wir haben das die Atmosphäre des Planeten durchdringende Licht des Wirtssterns gemessen. Dabei absorbieren Gase in seiner Atmosphäre einen Teil des Sternenlichts, ähnlich wie Ozon einen Teil des Sonnenlichts in der Erdatmosphäre absorbiert, und hinterlassen so ihren charakteristischen ‘Fingerabdruck’. Mit Hilfe von HARPS konnten wir die entsprechenden Stoffe der Atmosphäre identifizieren», erklärt die Hauptautorin der Studie und Doktorandin an der Universität Lund, Bibiana Prinoth. Die Gase, die ihren Fingerabdruck in der Atmosphäre von WASP-189b hinterlassen haben, enthielten nach Angaben der Forschenden unter anderem Eisen, Chrom, Vanadium, Magnesium und Mangan.

Eine «Ozonschicht» auf einem glühend heißen Planeten?
Eine besonders interessante Substanz, die das Team fand, ist ein titanhaltiges Gas: Titanoxid. Während Titanoxid auf der Erde sehr selten ist, könnte es in der Atmosphäre von WASP-189b eine wichtige Rolle spielen – ähnlich derjenigen von Ozon in der Erdatmosphäre. «Titanoxid absorbiert kurzwellige Strahlung, wie etwa ultraviolette Strahlung. Seine Entdeckung könnte daher auf eine Schicht in der Atmosphäre von WASP-189b hinweisen, die ähnlich wie die Ozonschicht auf der Erde mit der Sterneneinstrahlung interagiert», erklärt Studien-Koautor Kevin Heng, Professor für Astrophysik an der Universität Bern und Mitglied des NFS PlanetS.

Tatsächlich fanden die Forschenden Hinweise auf eine solche und andere Schichten auf dem ultraheißen, jupiterähnlichen Planeten. «In unserer Analyse sahen wir, dass die ‘Fingerabdrücke’ der verschiedenen Gase im Vergleich zu unserer Erwartung leicht verändert waren. Wir glauben, dass starke Winde und andere Prozesse diese Veränderungen hervorrufen könnten. Und da die Fingerabdrücke der verschiedenen Gase auf unterschiedliche Weise verändert wurden, deutet dies unserer Meinung nach darauf hin, dass sie in verschiedenen Schichten vorkommen – ähnlich wie die Fingerabdrücke von Wasserdampf und Ozon auf der Erde aus der Ferne unterschiedlich verändert erscheinen würden, weil sie meist in verschiedenen atmosphärischen Schichten vorkommen», erklärt Prinoth. Diese Ergebnisse könnten die Art und Weise verändern, wie Exoplaneten erforscht werden.

Eine andere Art, Exoplaneten zu betrachten
«In der Vergangenheit sind Astronominnen und Astronomen oft davon ausgegangen, dass die Atmosphären von Exoplaneten als eine einheitliche Schicht existieren und haben versucht, sie als solche zu verstehen. Unsere Ergebnisse zeigen aber, dass auch die Atmosphären von intensiv bestrahlten Gasriesenplaneten komplexe dreidimensionale Strukturen aufweisen», betont der Mitautor der Studie und Dozent an der Universität Lund Jens Hoeijmakers.

«Wir sind davon überzeugt, dass wir die dreidimensionale Beschaffenheit der Atmosphären berücksichtigen müssen, um diese und andere Planetentypen – auch solche, die der Erde ähnlicher sind – vollständig verstehen zu können. Dies erfordert Innovationen bei den Datenanalysetechniken, der Computermodellierung und der grundlegenden Atmosphärentheorie“, so Kevin Heng abschließend.

Angaben zur Publikation:
Titanium oxide and chemical inhomogeneity in the atmosphere of the exoplanet WASP-189 by B. Prinoth et al. (2022), Nature Astronomy. DOI : 10.1038/s41550-021-01581-z https://www.nature.com/articles/s41550-021-01581-z

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• Weltraumteleskop Cheops – CHaracterising ExOPlanets Satellite

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Ein Beitrag von Gertrud Felber. Quelle: University of Leicester.

Der zweite Große Spot kann mit der Skala des berühmten Großen Roten Flecks von Jupiter konkurrieren. Er wurde durch die mächtigen Energien der großen Auroras des Planeten geschaffen.

Der „Great Cold Spot„, der lokalisierte dunkler Fleck, verfügt über eine Größe von bis zu 24.000 km Länge und 12.000 km in der Breite. Er wurde in der dünnen Hochtemperatur-Thermosphäre des Gasriesen beobachtet und ist etwa 200 Kelvin kühler als die umgebende Atmosphäre, die eine Temperatur zwischen 700 Kelvin (426 ºC) und 1000 Kelvin (726 ºC) erreichen kann.

Nach Aussage von Dr. Tom Stallard, Associate Professor in Planetary Astronomy und führender Autor der Studie, wurde das erste Mal ein Wettermerkmal in der oberen Atmosphäre, etwas entfernt von den hellen Auroras, auf Jupiter beobachtet. Der „Great Cold Spot“ wurde zuerst auf Jupiter durch Beobachtungen von Jupiters Aurora-Region mit dem CRIRES Instrument auf dem Very Large Telescope (VLT) der ESO entdeckt.

Die Bilder auf der linken Seite zeigen die hellen Bögen der Infrarot-Aurora des Jupiters an zwei getrennten Nächten, das obere linke Bild am 17. Oktober 2012, und drei Bilder, die am 31. Dezember 2012 aufgenommen wurden, da sich der Planet langsam dreht. Allerdings konnte der „Great Cold Spot“ erst nicht deutlich gesehen werden, bis diese Bilder so gesättigt sind, dass die gesamte Aurora weiß erscheint, wie es auf der rechten Seite gezeigt wird. Hier leuchtet der Planet als Folge der Temperatur der oberen Atmosphäre, und die verschiedenen Regionen der Abkühlung, die den „Great Cold Spot“ offenbaren, sind zu sehen.

Der „Great Cold Spot“ ist viel wechselhafter als der langsam wechselnde „Great Red Spot“. Er ändert in nur wenigen Tagen und Wochen dramatisch Form und Größe. Da der „Great Cold Spot“ sehr langsam erschienen ist, verfügen die Wissenschaftler über Daten von 15 Jahren. Das deutet darauf hin, dass sich der große Kaltfleck ständig weiterentwickelt, er könnte aber auch so alt, vielleicht viele Tausende von Jahren, wie die sich oft bildenden Auroras sein.

Der große Kaltfleck wird vermutlich durch die Auswirkungen des Magnetfeldes von Jupiter verursacht, wobei die spektakuläre polare Aurora des massiven Planeten die Energie in die Atmosphäre in Form von Wärme um den Planeten fließen lässt. Dies schafft eine Region der Abkühlung in der Thermosphäre, die Grenzschicht zwischen der darunter liegenden Atmosphäre und dem Vakuum des Raumes.

Obwohl die Wissenschaftler sich nicht sicher sein können, was diese Wetterfunktion antreibt, ist eine anhaltende Abkühlung sehr wahrscheinlich, um einen Wirbel ähnlich dem „Great Red Spot“ zu bilden.

Die Astronomen nutzten das CRIRES-Instrument auf dem Very Large Telescope (VLT), um die spektralen Emissionen von H3+ zu beobachten, ein Ion von Wasserstoff, das in großen Mengen in der Jupiter-Atmosphäre vorhanden ist. Es erlaubt den Wissenschaftlern die mittlere Temperatur und die Dichte der Atmosphäre des Planeten abzubilden. Zum Vergleich benutzten sie dann Bilder von H3+ Emissionen von Jupiters Ionosphäre, die vom InfraRed Telescope Facility (IRTF) am Mauna-Kea-Observatorium auf Hawaii zwischen 1995-2000 aufgenommen wurden.

Die Kombination der Bilder, die über den Zeitraum aufgenommen wurden, dazu auch die über 13.000 Bilder, welche in mehr als 40 Nächten von dem InfraRed-Teleskop aufgenommen wurden, zeigte den Astronomen die Anwesenheit des Großen Kaltflecks als ein Gebiet der Dunkelheit unter der heißen Umgebung von Jupiters oberen Atmosphäre. Nach den Aussagen von Dr. Stallard ist es bei Jupiter überraschend, dass der „Great Cold Spot“ seit 15 Jahren an der gleichen Stelle beobachtet wurde.

Es steht im Gegensatz zur Beobachtungen der Erdatmosphäre, dort hat sich gezeigt, dass es kurzfristig zu Veränderungen in der Temperatur und Dichte der oberen Atmosphäre kommen kann. Die beiden Hauptunterschiede sind erstens, dass die Aurora der Erde  durch die dramatische Veränderungen der Sonnenaktivität verursacht wird. Während Jupiters Aurora von Gasen aus dem vulkanischen Mond Io dominiert wird, die relativ langsam und stabil sind. Und zweitens, durch die atmosphärischen Ströme, die von der Aurora der Erde erzeugt werden, kann sich die Hitze schnell über den ganzen Planeten verteilen, so dass die obere Atmosphäre „wie eine Glocke läutet“, während diese Energie sich durch die schnelle Drehung von Jupiter näher an den Polen befindet.

Dr. Stallard: „Die Erkennung des Großen Kaltflecks war eine echte Überraschung für uns, aber es gibt Hinweise darauf, dass andere Merkmale auch in der oberen Atmosphäre von Jupiter existieren könnten. Der nächster Schritt wird es sein, nach anderen Merkmalen in der oberen Atmosphäre zu suchen und den Großen Kaltfleck selbst näher zu untersuchen“.

Das Juno-Raumfahrzeug befindet sich derzeit in der Umlaufbahn um Jupiter und die Beobachtungen der Jupiter-Aurora und der oberen Atmosphäre durch das JIRAM-Instrument, die bisher veröffentlicht wurden, bieten bereits eine Fülle neuer Informationen über den Planeten. In Verbindung mit der bisher laufenden Beobachtungskampagne mit Teleskopen auf der Erde erhoffen sich die Wissenschaftler in den nächsten Jahren ein besseres Verständnis für dieses Wettersystem auf Jupiter.

Video bei YouTube mit Erklärungen in Englisch:

• ‚Great Cold Spot‘ Discovered on Jupiter – University of Leicester

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• Planet Jupiter

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Autor: Star-Light.

Uranus ist der siebte Planet im Sonnensystem von der Sonne aus betrachtet. Er gehört zu den äußeren Planeten jenseits des Asteroidengürtels.

Seine Entdeckung wird Wilhelm Herschel (Astronom 15. Nov 1738 – 25. Aug 1822) zugeschrieben. Er erkannte als erster, dass es sich um einen Planeten handelt. Uranus ähnelt den anderen Gasriesen und ist doch etwas besonderes. Seine Achsneigung beträgt 97,77 Grad. Damit kann man Uranus mit einem vorwärts rollenden Ball vergleichen. Seine Durchschnittstemperatur ist mit -197 Grad die niedrigste im Sonnensystem.

Vieles was wir heute über Uranus wissen verdanken wir der „Grand Tour“ die Voyager 2 durch unser Sonnensystem machte und dabei im Januar 1986 am Uranus vorbei flog.
Bisher sind 27 Monde und 13 Ringe bekannt.

Die Monde sind nach Figuren aus William Shakespeare und Alexander Pope benannt. Im Vergleich mit der Erde hat Uranus die 14,5 fache Masse der Erde und ihren 4-fachen Durchmesser.

Die Atmosphäre besteht hauptsächlich aus molekularem Wasserstoff (82,5%), Helium 15,2 % und Methan 2,3%. Sollte es noch eine weitere Mission zum Uranus geben, könnte dies zur weiteren Entdeckungen von Ringen, oder Monden führen.

Zahlen Daten und Fakten über den Planeten hat die NASA in englischer Sprache im NASA Uranus Fact Sheet zusammengestellt

Der Beitrag Lexikon: Planet Uranus erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Autor: Star-Light.

Von der Sonne aus betrachtet ist der der fünfte Planet im Sonnensystem. Jupiter ist ein Gasriese und der größte und massenreichste Planet in unserem System. Seine Masse beträgt das 317-Fache der Erdmasse und sein Radius ca. das 11.000-Fache des Erdradius. Mit ihm beginnt das sogenannte äußere Sonnensystem, das durch den Asteroidengürtel von den inneren Planeten getrennt ist.

Aufgrund seiner Größe ist er nach der Sonne, dem Mond und der Venus das hellste Objekt am Himmel. Bereits 1610 entdeckte Galilei 4 Monde, heute wissen wir von 67 Objekten die Jupiter umkreisen. Die nach ihrem Entdecker auch galileischen Monde genannten Objekte sind Io, Europa, Ganymed und Callisto. Im Vergleich zu Jupiter sind sie klein, aber teilweise größer als der Planet Merkur.
Jupiter ist nicht nur der größte Planet im Sonnensystem sondern er dreht sich auch am schnellsten um sich selbst. Nur knapp 10 Stunden benötigt er für eine Rotation. Diese Geschwindigkeit hat zu einer deutlichen Abplattung des Planeten geführt und erklärt wohl auch die Wolkenbänder, die man auf seiner Oberfläche sehen kann.
Für eine Umkreisung der Sonne benötigt der Planet 11,86 Erdjahre.
Daneben hat Jupiter ein starkes Magnetfeld und muß im Inneren über eine Wärmequelle verfügen, da er etwas mehr Wärme abgibt, als er von der Sonne erhält.
Als Gasriese hat er keine feste Oberfläche und überhaupt nur eine sehr geringe Dichte. In seinem Inneren vermutet man aber einen Gesteinskern.
Ein sehr auffallendes Merkmal auf Jupiters Oberfläche ist der „Rote Fleck“. Es handelt sich dabei um ein riesiges Sturmsystem in dem die Erde zweimal hineinpasst. Bereits seit 300 Jahren ist es bekannt, was es so lange stabil hält ist bis jetzt ein Rätsel.

Zahlen, Daten und Fakten über den Planeten hat die NASA im Jupiter Fact Sheet in englischer Sprache zusammengestellt.

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Ein Beitrag von Roman van Genabith. Quelle: ESO.

Der Stern HIP 11815, der eine große Ähnlichkeit zu unserer Sonne aufweist, könnte einen Trabanten haben, der etwa unserem Jupiter entspricht. Zu diesem Schluss kommt ein internationales Astronomenteam nach Beobachtungen mit dem 3,6-Meter-Teleskop der ESO.

Bislang werden zumeist Exoplaneten detektiert, die deutlich größer als unsere Erde sind und ihre Zentralgestirne in geringen Distanzen umlaufen. Das hat mit den verfügbaren Messmethoden zu tun, die zunächst hauptsächlich auf Planeten weit jenseits der Jupitergröße ansprachen. Noch immer ist der Nachweis von Planeten in größeren Sonnendistanzen schwierig. Inzwischen können auch Gesteinsplaneten angemessen werden, jedoch handelt es sich hier bislang fast immer um sogenannte Supererden mit einem mehrfachen Erddurchmesser.

Zwar sind inzwischen zahllose jupiterähnliche Planeten in verschiedensten Entfernungen zu ihrem Mutterstern bekannt, die nun entdeckte Konstellation bei HIP 11815 weist allerdings die bisher größte Ähnlichkeit zu unserem System auf. Hierbei wurde die Existenz des vermuteten Gasriesen durch das leichte Zittern des Zentralsterns entdeckt. Da die Inklination der Planetenbahn nicht bekannt ist, lässt sich lediglich sein Mindestdurchmesser bestimmen.

Die Anwesenheit von Planeten in der Größe und Entfernung zur Sonne, wie sie der Jupiter aufweist, könnte nach aktuellen Theorien eine bedeutsame Rolle für die Begünstigung der Entstehung lebensfreundlicher Umgebungen in einem System spielen. So stabilisierte womöglich Jupiter während und nach der Entstehung unseres Sonnensystems den Asteroidengürtel und verhindert durch seine Schwerkraft ein Asteroidenbombardement der inneren Planeten.

Diese Annahme leitete das unter brasilianischer Führung arbeitende Forscherteam bei ihrer Beobachtung sonnenähnlicher Sterne mit dem HARPS-Instrument (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) am 3,6-Meter-Teleskop der ESO, das zum La-Silla-Observatorium der ESO in rund 2.400 Metern Höhe in den chilenischen Anden gehört.

Auch der Zentralstern des Systems weist Parallelen zu unserer Sonne auf. Er hat eine vergleichbare Masse, ungefähr das selbe Alter und eine ähnliche chemische Zusammensetzung. Letztere könnte auf die Existenz weiterer Gesteinsplaneten im inneren System hinweisen.

Jorge Melendez von der Universidade de Sao Paulo in Brasilien, Leiter des internationalen Forscherteams, zeigt sich begeistert sowohl über die Entdeckung, als auch die Möglichkeiten des ESO. „Die Suche nach einer Erde 2.0 und nach einem kompletten Sonnensystem 2.0 ist eine der aufregendsten Ziele der Astronomie. Wir sind begeistert, mit den Beobachtungseinrichtungen der ESO hier brandaktuelle Forschung betreiben zu können.“

Vollen Zugang zu den Einrichtungen der ESO, deren erste Installationen bereits 1977 in Betrieb gingen, hat Brasilien erst seit der Unterzeichnung der Beitrittserklärung zur ESO im Jahre 2010. Megan Bedell von der University of Chicago merkt abschließend an: „Nach zwei Jahrzehnten Jagd auf Exoplaneten können wir dank der Langzeitstabilität von Planetensuchern wie HARPS nun endlich langperiodische Gasriesen ähnlich denen in unserem eigenen Sonnensystem beobachten. Diese Entdeckung ist in jeder Hinsicht ein aufregender Hinweis darauf, dass andere Sonnensysteme da draußen darauf warten, von uns entdeckt zu werden.“

Aufgrund der methodisch bedingten verbliebenen Unsicherheiten sind noch Folgebeobachtungen erforderlich, um die Resultate der Forscher zu bestätigen.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: Gemini-Observatorium, Keck-Observatorium.

Seit der Entdeckung des ersten Exoplaneten im Jahr 1995 konnten Astronomen bis zum heutigen Tag 1.792 Planeten nachweisen, welche ihre Zentralsterne außerhalb unseres Sonnensystems umkreisen. Während der letzten Jahre sorgte dabei speziell das auf die Exoplanetensuche spezialisierte Weltraumteleskop Kepler für Schlagzeilen.

Nach seinem Start am 7. März 2009 hat Kepler über einen Zeitraum von vier Jahren im Bereich der Sternbilder Schwan und Leier systematisch mehr als 150.000 Sterne anvisiert und nach Anzeichen für dort befindliche Planeten Ausschau gehalten. Bis zum heutigen Tag konnten die an dieser Mission beteiligten Wissenschaftler definitiv 962 Exoplaneten nachweisen. Mehrere Hundert weitere ‚Planeten-Kandidaten‘ warten noch auf eine Bestätigung durch nachfolgende Beobachtungen, welche von anderen Weltraumteleskopen oder von Observatorien auf der Erde durchgeführt werden müssen.

Aber nicht nur die Kepler-Wissenschaftler, sondern auch andere Astronomen waren in den letzten Monaten und Jahren im Bereich der Exoplaneten-Suche aktiv. So hat zum Beispiel ein von Marie-Ève Naud von der Universität Montreal in Kanada geleitetes internationales Team von Astronomen neben weiteren Großteleskopen das in den chilenischen Anden befindliche Acht-Meter-Teleskop des Gemini South-Observatoriums dazu eingesetzt, um gezielt junge und zugleich massearme Sterne in der näheren Umgebung unseres heimatlichen Sonnensystems zu untersuchen und dabei nach Anzeichen für dort befindliche Exoplaneten zu suchen.

Bei einem der dabei anvisierten Beobachtungsziele handelte es sich um den im Sternbild Fische (lat. Name „Pisces“) gelegenen Roten Zwergstern GU Pisces. Dieser Stern verfügt in etwa über 33 Prozent der Masse unserer Sonne, gehört zu der Spektralklasse M3 und befindet sich in einer Entfernung von rund 155 Lichtjahren zu unserem Sonnensystem.

GU Pisces ist einer von etwa 30 Sternen, die dem AB-Doradus-Bewegungshaufen angehören. Hierbei handelt es sich um eine Ansammlung von Sternen, welche in etwa über das gleiche Alter verfügen und deren Mitglieder sich mit ähnlichen Geschwindigkeiten und Bewegungsrichtungen durch unsere Heimatgalaxie bewegen. Das aus spektroskopischen Untersuchungen abgeleiteten Alter dieser Sterne liegt bei geschätzten 50 bis 119 Millionen Jahren.

Bei der im sichtbaren und im infraroten Spektralbereich erfolgten Beobachtung von GU Pisces suchten die Astronomen gezielt nach einem möglichen planetaren Begleiter des Sterns, da dieser wegen seines ‚jugendlichen Alters‘ noch relativ heiß sein dürfte und somit vergleichsweise viel Wärme in das umgebende Weltall abstrahlen sollte. Somit leuchten derartig ‚junge‘ Planeten im infraroten Spektralbereich verhältnismäßig hell, lassen sich dadurch bedingt leichter entdecken und gegebenenfalls sogar direkt abbilden. Und tatsächlich wurden die Wissenschaftler fündig.

Auf den im Rahmen der Untersuchungen erstellten Aufnahmen wurde ein Exoplanet entdeckt, der seinen Zentralstern in einer Entfernung von etwa 2.000 Astronomischen Einheiten (eine Astronomische Einheit – kurz AE – beschreibt den mittleren Abstand zwischen der Erde und der Sonne und beträgt rund 150 Millionen Kilometer) umkreist. Für einen kompletten Umlauf um seinen Stern benötigt der Exoplanet GU Psc b – so die offizielle Bezeichnung des Planeten – somit eine Zeitdauer von rund 80.000 Jahren. Dank dieses großen Abstandes zwischen Zentralstern und Planet, welcher rund 42 Bogensekunden beträgt, war es nicht nur möglich den Planeten direkt abzubilden. Vielmehr konnten die beteiligten Astronomen auch verschiedene Eigenschaften von GU Psc b entschlüsseln.

Ausgehend von spektroskopischen Untersuchungen leiten die Wissenschaftler ab, dass es sich bei dem Exoplaneten um einen Gasriesen handelt, welcher über die neun bis maximal dreizehnfache Masse des Planeten Jupiter verfügt. Aufgrund dieses Massewertes kann ausgeschlossen werden, dass GU Psc b zur Klasse der Braunen Zwerge gehört – einer Kategorie von Himmelskörpern, welche eine Sonderstellung zwischen einem Planeten und einem Stern einnimmt. Auf der ‚Oberfläche‘ des Gasplaneten dürften Temperaturen von rund 800 Grad Celsius herrschen.

Die Astronomen beabsichtigen, den Exoplaneten in Zukunft noch weiteren und eingehenderen Untersuchungen zu unterziehen. Aufgrund des großen Abstandes zu seinem verhältnismäßig leuchtschwachen Zentralgestirn lassen sich relativ einfach hochaufgelöste Daten gewinnen, welche weitere Aufschlüsse über die Zusammensetzung und die physikalischen und chemischen Eigenschaften von GU Psc b liefern werden. In den kommenden Jahren, so die Erwartungen der Astronomen, werden dann aufgrund neuer Beobachtungsinstrumente noch weitere Exoplaneten in die Kategorie der „direkt abzubildenden Exoplaneten“ aufsteigen.

Die hier kurz vorgestellten Forschungsergebnisse wurden kürzlich von Marie-Ève Naud et al. unter dem Titel „DISCOVERY OF A WIDE PLANETARY-MASS COMPANION TO THE YOUNG M3 STAR GU PSC“ in der Fachzeitschrift ‚The Astrophysical Journal‘ publiziert.

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Fachartikel von Marie-Ève Naud et al.:

• DISCOVERY OF A WIDE PLANETARY-MASS COMPANION TO THE YOUNG M3 STAR GU PSC (Abstract, engl.)

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Ein Beitrag von Hans J. Kemm. Quelle: keckobservatory.

Ein Astronomenteam fotografierte 2008 mit den auf der Erde stationierten Teleskopen Keck und Gemini North ein Planetensystem aus drei Exoplaneten in rund 130 Lichtjahren Entfernung zur Erde, die den Stern HR 8799 im Sternbild Pegasus umkreisen. Diese drei Planeten mit der sieben-, zehn- und fast zehnfachen Jupitermasse, die ihren Zentralstern im Abstand von 24, 38 und 68 astronomischen Einheiten (AE) linksdrehend umrunden, haben jetzt einen weiteren Partner bekommen. Die ausgewerteten Aufnahmen zeigen, dass sich HR 8799e mit einer Entfernung von rund 14,5 AE näher an seinem Mutterstern befindet, als die anderen drei Planeten. Er umrundet sein Zentralgestirn einmal in rund 50 Jahren und hat die Mindestmasse des Zehnfachen vom Jupiter.

Neben den jetzt vier bekannten Gasriesen beinhaltet das System noch zwei Trümmergürtel, die aus kleinen Fels- und Eispartikeln und einer Menge kleinster Staubpartikel bestehen, ähnlich dem Asteroidengürtel und dem Kuiper-Gürtel. Somit könnte es sich hier um ein System handeln, dass dem Sonnensystem grundsätzlich sehr ähnlich ist. Es handelt sich sozusagen um eine Maxiversion, aber das bringt die Astronomen in einen Erklärungsnotstand, denn die Masse im HR 8799-System ist deutlich größer als im Sonnensystem. Alleine die zusammengenommene Masse der vier Gasriesen liegt wahrscheinlich um das Zwanzigfache höher als die der entsprechenden Planeten des Sonnensystems. Dies steht aber im Widerspruch zur Theorie der Planetenentstehung und des Aufbaus von Planetenatmosphären. Es entsteht somit die Frage, ob es sich bei dieser Konfiguration um ein Sonnensystem handelt oder um ein Mehrfachsystem mit einem Hauptreihenstern und Braunen Zwergen.

Die jetzige Örtlichkeit der vier Planeten und der beiden Staubgürtel lässt sich mit keinem der üblichen Entstehungsszenarien in Einklang bringen. Einerseits kreist der jetzt neu aufgefundene Planet viel zu weit innen. Dort wäre die Gasscheibe um den sich bildenden Stern nicht kühl genug und ihre Rotation zu schnell, um die Bildung von Planetesimalen zu erlauben. Andererseits sind die drei anderen Planeten zu weit vom Zentrum der protoplanetaren Scheibe entfernt – ihre Entstehung müsste länger dauern als die Lebensdauer des Sterns. Auch ist es kaum möglich, dass alle vier Planeten weiter innen oder weiter außen entstanden und dann erst an ihre heutigen Orte gewandert sind. Sie sind nämlich viel zu massereich, um einen Ortswechsel in der Kürze der Zeit vornehmen zu können.

Der Stern HR 8799 ist ein Spektraltyp A, damit deutlich heißer als unsere Sonne und auch etwas schwerer. Außerdem ist er viel jünger – wahrscheinlich nur einige Millionen Jahre alt. Da sein exaktes Alter nicht bekannt ist, verkompliziert dies die ganze Sache noch.

Wenn man nicht weiß, wie alt der Stern ist, kann man die Masse seiner Begleiter nur schwer bestimmen. Um dies heraus zu bekommen, müssten die Wissenschaftler einige Jahrzehnte warten. In dieser Zeit haben die Exos ihren Zentralstern einmal umkreist und somit könnte ihre Masse mit den keplerschen Gesetzen berechnet werden. Da die Astronomen solange nicht warten wollen nehmen sie ein Alter von HR 8799 von 30 bis 160 Millionen Jahren an, was bedeutet, dass die Massen der Begleiter gerade noch im planetaren Bereich liegen und keine Braunen Zwerge sind.

Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass sich die Objekte um HR 8799 in einer resonanten Konfiguration befinden, was bedeutet, dass ihre Umlaufzeiten in einem ganzzahligen Verhältnis stehen. Dies setzt voraus, dass die Planeten nicht zu schwer sind; die jeweilige Masse darf 13 Jupitermassen nicht überschreiten, damit die Resonanz nicht zusammenbricht. Des Weiteren gilt, dass das gesamte System, einschließlich der beiden Trümmergürtel, mindestens 160 Millionen Jahre lang stabil sein muss.

Es ist jetzt die Aufgabe der Astronomen, entweder das genaue Alter dieses Systemes zu ermitteln oder aber die exakte Masse der Begleiter zu bestimmen. Erst dann kann gesagt werden, ob es sich tatsächlich um Planeten handelt. Wenn es sich dann tatsächlich um Planeten handelt, dann wäre auch die Frage zu klären, ob sie aus dem System stammen oder aber zugewandert sind.

Verwandte Webseiten:

• keckobservatory

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