Ein Beitrag von Michael Clormann. Quelle: NASA, Nature.com.

GJ 436b und GJ 1214b befinden sich, mit einer Distanz von nur 36 bzw. 40 Lichtjahren zu unserem Sonnensystem, in kosmischer Nähe zur Erde innerhalb der Milchstraße.

GJ 436b wird dem Planetentyp „Hot Neptune“ zugerechnet, ist also ein kleiner Gasriese mit ähnlicher Aufbau wie der namensgebende äußerste Trabant unseres Sonnensystems, kreist jedoch in viel größerer Nähe um sein Zentralgestirn als Neptun. Nach seiner Entdeckung im Jahr 2004 stellte sich heraus, dass dieser Exoplaneten sogar einen Bahnradius von weniger als 0,028 AE aufweist. Dies entspricht nicht einmal 4,5 Millionen Kilometern, immerhin nur rund einem Zehntel des Abstands des innersten Planeten Merkur zu unserer eigenen Sonne. Die Temperatur innerhalb der Gasschichten beträgt entsprechend wohl über 500 Grad Celsius. GJ 436b umrundet seinen Stern, einen vergleichsweise strahlungsarmen Roten Zwerg, unter diesen Voraussetzungen in weniger als drei Tagen.

Wie auch GJ 1214b, eine sogenannte „Supererde“, ist der nun nochmals genauer unter die Lupe genommene Gasplanet ein Musterexemplar jener relativ häufigen Art von Exoplaneten, auf denen grundsätzlich lebensermöglichende Bedingungen vorzufinden sein könnten. GJ 1214b ist deutlich kleiner als GJ 436b, besitzt die sechs- bis siebenfache Masse der Erde und etwa den zweieinhalbfachen Durchmesser unseres Heimatplaneten. Er bewegt sich auf seinem Orbit in nur 0,014 AE Entfernung zum Zwergstern GJ 1214.

Beide Exoplaneten wurden bisher mehrfach mit der Transit-Methode beobachtet, also durch die Feststellung und Vermessung ihres Durchgangs vor dem jeweiligen Gestirn. Dies ist möglich, da die Umlaufbahnen beider Himmelskörper so orientiert sind, dass die Erde sich in ihrer Ekliptikebene befindet. Anhand der Frequenz, mit der die Sterne, von der Erde aus betrachtet im Hintergrund, regelmäßig durch den Schattenwurf der Planeten verdunkelt werden, lassen sich damit beispielsweise deren Bahndaten errechnen. Relevant ist diese Vorgehensweise im Fall von GJ 436b und GJ 1214b auch, da sie noch eine weitere Gelegenheit zu astronomischem Erkenntnisgewinn bietet: Sobald ein durchgehender Exoplanet von hinten durch seinen Stern angestrahlt wird, ist für erdnahe Teleskope seine Atmosphäre besonders gut sichtbar. Eine Spektralanalyse der Strahlung die dabei durch die Gashülle des Planeten dringt, offenbart deren individuelle Absorptionseigenschafen und damit zugleich die Element- und Molekülzusammensetzung.

Zunächst einmal schienen die zwei Exoplaneten GJ 436b und GJ 1214b nach ihrer Entdeckung in dieser Hinsicht wenig aufschlussreich: Die Zusammensetzung und der Aufbau ihrer Atmosphären ließ sich nicht abschließend bestimmen. Es existierten parallel mehrere plausible Interpretationsansätze zu den bis dahin vorhandenen spektroskopischen Daten.

Unter Zuhilfenahme des Hubble-Weltraumteleskops und dessen Beobachtung jeweils mehrerer Transits konnte die Auflösung bisheriger Messungen nun so deutlich übertroffen werden, dass erstmals wesentlich konkretere Aussagen möglich geworden sind.

Das scheinbar unspektakuläre Spektralmuster von GJ 436b etwa, lässt jetzt nur noch zwei mögliche Szenarien zu: Entweder besitzt der Planet eine hohe Wolkenschicht, die Strahlung aus der unteren Atmosphäre abschirmt, oder aber die gesamte Atmosphäre ist besonders reich an schweren Molekülen wie zum Beispiel Wasserdampf, Kohlenstoffmonoxid oder Kohlenstoffdioxid. In letzterem Fall wäre dort kaum Wasserstoff nachweisbar, was den Himmelskörper stark von seinem angenommenen Verwandten Neptun unterscheiden würde. Der achte Planet unserer Sonne hält in seiner äußeren Gasschicht immerhin rund 80 Prozent Wasserstoff.

Ganz ähnliche Befunde haben sich offenbar für GJ 1214b ergeben. Für diesen Planeten war bisher schon von einer hochgelegenen Wolkendecke ausgegangen worden, jedoch bestand auch die Möglichkeit sein Atmosphären-Spektrum alleine mit einer schweren molekularen Zusammensetzung zu erklären. Nun scheint klar: GJ 1214b besitzt auf jeden Fall eine relevante Wolkenschicht, der sich unterhalb womöglich zusätzlich die vermutete schwere Atmosphäre anschließt.

Beide Beispiele zeigen nach Ansicht der beteiligten Forscher, dass extrasolare Planeten in unserer Galaxie in Variationen vorkommen, die uns aus unserem eigenen Sonnensystem weitgehend unbekannt sind. Gasplaneten mit einer schweren Atmosphäre und geringer Entfernung zum Zentralstern, wie GJ 436b und GJ 1214b, bilden dabei offenbar einen bisher nicht befriedigend erforschten Typus planetarer Körper zwischen einerseits Gesteins- und Wasserplaneten etwas über Erdgröße und andererseits kleineren Gasriesen wie Neptun.

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• Exoplaneten

Der Beitrag Geheimnisvolle Exoplaneten erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Karl Urban. Quelle: Raumfahrer.net. Vertont von Karl Urban.

Der Zentralstern des untersuchten Exoplaneten GJ 436-b ist ein roter Zwergstern der Spektralklasse M, besitzt also einen vergleichsweise kleinen Radius. Die Größe eines Sterns korreliert mit dessen Spektralklasse. Diese Eigenschaft machte das Planetensystem für das Team um den schweizer Astrophysiker Michael Gillon von der Universität Genf ideal für die genauere Untersuchung. Denn seit 2004 ist bekannt, dass der nur 33 Lichtjahre von uns entfernte Stern von einem Planeten begleitet wird, der die dankbare Eigenschaft hat, ein Transitplanet zu sein. Das heißt, er verdeckt während jedes Umlaufs einmal teilweise seine Sonne – von der Erde aus gesehen. Bei diesem Ereignis ändert sich die Lichtmenge, die der der Stern zu uns sendet, da der Planet in diesem Fall eine winzige partielle Sonnenfinsternis verursacht.

Doch die Messung dieser Unterschiede der Helligkeit ist schwierig, da die Veränderungen während des Transits bei leuchtstarken großen Sternen mit erdgebundenen Teleskopen nicht messbar ist. Als roter leuchtschwacher Zwergstern war GJ 436 daher genau das richtige Ziel. Dem internationalen Team, das mit Teleskopen in der Schweiz, einem europäischen ESO-Teleskop in La Silla, Chile sowie einem israelischen Teleskop arbeitete, gelang es somit, GJ 436-b seine genaue Größe zu entlocken. Mithilfe der bereits gemessenen Masse ließ sich auf seine Dichte schließen – und daraus auf seine Zusammensetzung. Demnach besteht vielleicht ein großer Teil des Planeten aus Wasser.

„Es ist kein wirklich einladender Planet“, sagte Frederic Pont, ein Teammitglied. Aufgrund seiner Nähe zum Stern sei er sehr heiß und wegen seiner großen Masse herrschten auf ihm sehr hohe Drücke, die ihn eher mit Gasriesen wie dem Neptun oder Uranus vergleichbar machten als mit Gesteinsplaneten wie dem Mars oder der Erde. „Das Wasser ist aufgrund des hohen Drucks gefroren, allerdings ist es nicht heiß. Es ist etwas ungewohnt, da wir daran gewöhnt sind, dass Wasser seine Eigenschaften in Abhängigkeit von der Temperatur ändert. Bei ausreichend hohen Drücken kann Wasser aber auch zu Eis werden“, so Pont.

Die berechnete Dichte von GJ 436-b liegt knapp oberhalb der von Wasser. Daher vermuten die Astronomen, dass er einen – aufgrund der herrschenden Drücke – festen, kühleren Eiskern besitzt, der von einer überwiegend Wasserdampf-haltigen heißen Gashülle umgeben ist, die eventuell auch geringere Teile von Wasserstoff und Helium enthalten könnte.

Die neuen Daten über GJ 436-b zeigen, dass es neben der Erde regelmäßiger zur Bildung von Wasser-bedeckten Planeten kommen kann – und Wasser sogar der Basisbestandteil eines Planeten bilden kann. Wasser gilt als wichtigste Komponente für die Entstehung von Leben. Auch wenn GJ 436-b aufgrund seiner Masse und der damit verbundenen Drücke und seiner hohen Temperaturen von mehreren 100 °C wohl nicht als „Super-Erde“ in Betracht kommt: Er zeigt doch, dass Wasser in der Entstehung von Planetensystemen auch außerhalb unseres Sonnensystems eine wichtige Rolle spielt.

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