Entdeckung von Helium zeigt den Atmosphärenverlust heißer ExoplanetenSchwitzende Planeten

6. Dezember 2018, von Heiko Fuchs

Foto: IAC/Gabriel Perez Diaz

Der beobachtete Planet schiebt sich vor seinen Zentralstern, so dass seine Atmosphäre durchleuchtet wird.

Ein deutsch-spanisches Team unter Beteiligung der Sternwarte der Universität Hamburg konnte erstmals durch die bodengebundene Messung von Helium nachweisen, dass heiße Exoplaneten ihre Atmosphäre verlieren und kontinuierlich verdampfen. Wie die Forscherinnen und Forscher in den zeitgleich erscheinenden Ausgaben von „Science“ und „Astronomy & Astrophysics“ berichten, konnten die Untersuchungen neue Informationen über die Entwicklung von Planeten-Atmosphären liefern und sogar Rückschlüsse auf die atmosphärischen Windgeschwindigkeiten zulassen, die auf dem Planeten herrschen.

In unserem Sonnensystem kreisen die Gasriesen Jupiter und Saturn auf weiten Bahnen um die Sonne, deren Licht in dieser Entfernung nur noch wenig Wärme mit sich führt. Ganz anders sieht es in manchen extrasolaren Planetensystemen wie zum Beispiel HD 189733 aus. Hier umkreist ein Gasriese seinen Stern in so geringer Entfernung, dass ein kompletter Umlauf nur wenige Tage dauert. So nah am Stern heizt die extreme Sonneneinstrahlung den Gasriesen stark auf. Wie sich die Atmosphären solcher Planeten – die auch „heiße Jupiter“ genannt werden – unter den dort herrschenden extremen Bedingungen verhalten und ob die Planeten vielleicht sogar „verdampfen“, ist eine Frage aktueller Planetenforschung.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben den Planeten HD 189733 b während eines Transits beobachtet, das heißt, als der Planet vor seinem Zentralstern vorüberzog und seine Atmosphäre durchleuchtet wurde. Beobachtungen mit dem hochauflösenden Spektrographen CARMENES der Calar Alto Sternwarte erlaubten es dem deutsch-spanischen Team nun erstmalig Helium in der ausströmenden Atmosphäre „heißer Jupiter“ auch vom Boden aus nachzuweisen.

Das Team der Hamburger Sternwarte hatte dabei die Federführung bei der Datenanalyse und konnte zeigen, dass das Helium in der Atmosphäre des Planeten während des Transits ein wenig des infraroten Sternenlichts absorbiert. Die entstandene Absorptionslinie erlaubte sogar die Messung von atmosphärischen Windgeschwindigkeiten, die darauf hindeuten, dass sich die Atmosphäre auf den beiden Seiten des Planeten in unterschiedliche Richtungen bewegt. „Möglicherweise rotiert die Atmosphäre schneller als der Planet selbst, ähnlich wie es auf der Venus beobachtet wird“, sagt Michael Salz, Co-Autor des Science-Artikels und Erstautor der Veröffentlichung in „Astronomy & Astrophysics“. Diese sogenannte Superrotation wurde bisher noch nie in solchen hohen Atmosphärenschichten gemessen und ist zweifelsohne ein wichtiger Prozess bei der Verteilung der eingestrahlten Sonnenenergie über die Planetenoberfläche.

„In der Vergangenheit basierten Studien zum Ausströmen von Atmosphären auf weltraumgebundenen Beobachtungen im fernen Ultraviolett, einem schwer zugänglichen Spektralbereich der stark durch Absorption der Erdatmosphäre beeinträchtigt wird", erklärt Michael Salz. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass Helium ein vielversprechender neuer Indikator zur Untersuchung des atmosphärischen Masseverlusts von Exoplaneten ist.“

Jetzt möchten die Astronominnen und Astronomen weitere „heiße Jupiter“ untersuchen, um die Theorie zu bestätigen, dass die hochenergetische Strahlung des Zentralsterns die gasförmige Hülle von kleineren Gasplaneten fast vollständig verdampfen kann, so dass am Ende felsige Planeten ähnlich der Venus oder der Erde übrigbleiben.

Weitere Informationen: www.hs.uni-hamburg.de