Quelle: Klaus Tschira Stiftung gGmbH 20. Januar 2023.

Heidelberg, 20. Januar 2023. Neue astronomische Messungen im Infrarotbereich haben zur Identifizierung einer bislang unbekannten Klasse von Asteroiden geführt. Einem internationalen Forscherteam mit Beteiligung von Geowissenschaftlerinnen und Geowissenschaftlern der Universität Heidelberg ist es gelungen, diese Kleinplaneten mittels Infrarotspektroskopie näher zu charakterisieren. Sie befinden sich im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter und sind – ähnlich wie der Zwergplanet Ceres – wasserreich. Rechnerischen Modellierungen zufolge sind diese Asteroiden kurz nach ihrer Entstehung aus den äußeren Bereichen unseres Sonnensystems durch komplexe dynamische Prozesse in den heutigen Asteroidengürtel gelangt. Gefördert wurden die Forschungsarbeiten von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und der Klaus Tschira Stiftung.

Der Zwergplanet Ceres ist mit einem Äquatordurchmesser von rund 900 Kilometern das größte Objekt im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter. In diesem Bereich kreisen viele weitere Kleinplaneten. „Es handelt es sich dabei um Reste des Baumaterials, aus dem vor viereinhalb Milliarden Jahren die Planeten in unserem Sonnensystem entstanden sind. In diesen kleinen Körpern und ihren Bruchstücken, den Meteoriten, finden wir viele Relikte, die direkte Hinweise auf den Prozess der Planetenbildung geben“, erläutert Mario Trieloff, Professor vom Institut für Geowissenschaften der Universität Heidelberg. Wie die aktuelle Studie zeigt, stammen die astronomischen Kleinkörper aus allen Regionen des frühen Sonnensystems. Insbesondere über Kleinkörper aus dem äußeren Sonnensystem könnte in Form von Asteroiden Wasser auf die noch im Wachstum befindliche Erde gelangt sein, denn die Bausteine der Planeten im inneren Sonnensystem waren eher wasserarm, so Trieloff, der die Forschungsgruppe Geo- und Kosmochemie leitet.

Die neuen Infrarotspektren wurden mit dem von der NASA betriebenen Teleskop für Infrarotastronomie am Mauna-Kea-Observatorium in Hawaii (USA) von Dr. Driss Takir aufgenommen. „Diese astronomischen Messungen erlauben es, Ceres-ähnliche Asteroiden bereits ab einem Durchmesser von 100 Kilometern zu identifizieren, die sich derzeit in einer begrenzten Region zwischen Mars und Jupiter in der Nähe der Umlaufbahn von Ceres befinden“, so Takir, Astrophysiker am NASA Johnson Space Center und Erstautor der Studie. Die Infrarotspektren lassen zugleich Rückschlüsse auf die chemisch-mineralogische Zusammensetzung zu. So befinden sich auf der Oberfläche der entdeckten Asteroiden ebenso wie bei Ceres selbst Minerale, die durch Wechselwirkung mit flüssigem Wasser entstanden sind. Die astronomischen Kleinkörper sind dabei sehr porös. Diese hohe Porosität ist eine weitere Gemeinsamkeit mit dem Zwergplaneten Ceres und ein Hinweis darauf, dass das Gesteinsmaterial noch sehr ursprünglich ist: „Es wurde kurz nach Bildung der Asteroiden nicht ausreichend aufgeheizt, um sich angesichts hoher Temperaturen in ein kompaktes Gesteinsgefüge umzuwandeln, sondern behielt seinen porösen und primitiven Charakter wie er typisch ist für die äußeren Eisplaneten in großer Sonnenentfernung“, erläutert Dr. Wladimir Neumann, Mitarbeiter im Team von Professor Trieloff. Er war für die Computermodellierung der thermischen Entwicklung der Kleinkörper zuständig.

Die Eigenschaften der Ceres-ähnlichen Objekte und ihr Vorkommen in einer relativ engen Zone im äußeren Asteroidengürtel lassen vermuten, dass diese Körper zunächst in einer kalten Region am Rand unseres Sonnensystems gebildet wurden. Gravitationsbedingte Störungen der Bahnen großer Planeten wie Jupiter und Saturn – die „giant planet instability“ – haben die Flugbahn dieser Asteroiden dann so verändert, dass die Objekte in den heutigen Asteroidengürtel „implantiert“ wurden. Dies zeigen numerische Berechnungen der Forschenden zu den Bahnentwicklungen im frühen Sonnensystem.

Die Forschungsergebnisse wurden in „Nature Astronomy“ veröffentlicht. An den Forschungsarbeiten waren Wissenschaftler aus Frankreich und den USA beteiligt. Gefördert wurden die Forschungsarbeiten von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und der Klaus Tschira Stiftung.

Originalpublikation:
D. Takir, W. Neumann, S. N. Raymond, J. P. Emery, M. Trieloff: Late Accretion of Ceres-like Asteroids and Their Implantation into the Outer Main Belt, Nature Astronomy (20. Februar 2023),
https://www.nature.com/articles/s41550-023-01898-x

Der Beitrag Unbekannte Klasse wasserreicher Asteroiden identifiziert erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Hans Lammersen. Quelle: University of Wisconsin, Madison.

Die nun vorgelegten Aufnahmen sind wesentlich detailreicher als zum Beispiel die Voyager-Aufnahmen von 1986 und auch besser als alle anderen, die jemals von diesem Planeten gemacht worden sind. Das jedenfalls meint Lawrence Smorovsky von der Universität von Wisconsin in Madison, der die Gruppe der Wissenschaftler leitet.

Bisher war bekannt, dass in der aus Wasserstoff, Helium und Methan bestehenden Atmosphäre des Planeten Winde mit einer Geschwindigkeit von bis zu 700 km/h wehen. Dies ist für die Wissenschaftler überraschend, weil für so starke Ausgleichsströmungen eigentlich die Energie fehlt – ist die Sonne doch im Durchschnitt 2,9 Milliarden Kilometer entfernt.

Schon im Jahre 2004 gewann man am Keck-Teleskop Aufnahmen, auf denen man in der Nördlichen Hemisphäre großformatige Wolkenstrukturen entdeckte und in der südlichen Hemisphäre einen großen, sich um mehrere Breitengrade bewegenden Sturm.

Die Gründe für das Verhalten dieser Systeme wollen die Wissenschaftler nun mit ihren Bildern erhellen. Die Gruppe nutzte dafür das Keck-II-Teleskop und gewann die Infrarotbilder über zwei Nächte hinweg durch unterschiedliche Filter. Die Ergebnisse zeigen weitere Wolkenbänder südlich des Äquators und Konvektionsströmungen in der nordpolaren Region. Insgesamt deuten die bisherigen Forschungen auf eine sehr asymmetrische Situation in den beiden Hemisphären des Planeten hin. Eine mögliche Erklärung hierfür wäre es laut Smorovsky, dass das Methan durch eine Art atmosphärisches Fließband in Richtung Nordpol bewegt werde, wo es aufsteige und so die Anzeichen der Konvektionströmungen zeige, die die Wissenschaftler auf den Bildern erkannt haben.

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• Planet Uranus

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: arxiv.org.

Jedes dieser Teleskope ruht in einer Box von der Größe eines Kofferraums und ist durch sie vor Unbilden des Wetters geschützt. Der Durchmesser eines Parabolspiegels beträgt nur 11 cm. Allerdings bilden die 4 Einzelteleskope auf dem Mount Hopkins (Arizona, USA) und die zwei auf dem Mauna Kea (Hawaii, USA) ein Netzwerk, mit dem die Suche nach Exoplaneten erleichtert wird.

Dabei wird eine periodische, kurzzeitige Abnahme der Helligkeit eines Sterns im niedrigen Prozentbereich gemessen. Aus der Helligkeitsabnahme lässt sich die Größe des Planeten berechnen und die Periode der Verdunklung bildet die Umlaufzeit, aus der man den Abstand des Planeten von seinem Stern ermitteln kann.

Der erste Planet des HAT-Projekts, HAT-P-1b, wurde 2006 entdeckt, mittlerweile ist man bei HAT-P-34b bis 37b. Bei allen neu entdeckten Planeten handelt es sich um sogenannte heiße Jupiter, also große Gasplaneten mit 1,05 bis 3,33 Jupitermassen, die ihren jeweiligen Stern, in großer Nähe umlaufen. Dadurch ist die Oberflächentemperatur hoch, bei HAT-P-37b wird die Gleichgewichtstemperatur mit 998 °C angegeben, beim heißesten, HAT-P-36b, liegt sie bei 1.550 °C.

Wie nah die Planeten ihren Sternen sind, zeigt sich, wenn man die Umlaufzeiten betrachtet. Sie liegen zwischen 1,33 (36b) und 5,45 Erdentagen (34b). Die Umlaufzeit der Erde liegt bei 365,25 Tagen, die des sonnennächsten Planeten Merkur bei 88.

HAT-P-34 bis 37 wurden bereits durch Messungen anderer Teleskope bestätigt. Seit 1993 wurden mit einer Vielzahl von Teleskopen Hunderte von Planeten bei anderen Sternen entdeckt, darunter 2011 auch erstmals Gesteinsplaneten in der Größenordnung der Erde.

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• Exoplaneten

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