Blick in die Atmosphäre eines Exoplaneten

Einem Team amerikanischer Astronomen ist es erstmals gelungen, einen Einblick in die Temperaturschichtung der Atmosphäre eines extrasolaren Planeten zu gewinnen.

Exoplanet HD 209458b
Exoplanet HD 209458b

Tucson (USA) - In bereits im Jahr 2003 mit dem Weltraumteleskop Hubble gewonnenen Daten stießen die Forscher bei dem Planeten HD 209458b auf eine 1000 Kilometer dicke, 5300 Grad heiße Zone in einer Höhe von 8500 Kilometern. Vermutlich beginnt hier das Abströmen heißen Wasserstoffs aus der Planetenatmosphäre ins Weltall, das zur Ausbildung eines kometenartigen Schweifs bei dem Planeten führt. Das Team berichtet im Fachblatt "Nature" über die Entdeckung.

"Bei der von uns untersuchten Atmosphärenschicht handelt es sich um eine Übergangszone, in der die Temperatur von 1300 auf über 15.000 Grad ansteigt - das ist heißer, als die Oberfläche unserer Sonne!", erläutert Gilda Ballester vom Lunar and Planetary Laboratory der University of Arizona in Tucson. "Wir sehen hier erstmals genauer, wie ein Planet seine Atmosphäre verliert." Ballester hatte den Exoplaneten HD 209458b gemeinsam mit ihren Kollegen David Sing und Floyd Herbert untersucht.

Dieser Exoplanet ist ein so genannter "Heißer Jupiter": Ein Gasriese ähnlich dem Jupiter in unserem Sonnensystem, der im Gegensatz zu diesem allerdings auf einer extrem engen Bahn um seinen Stern kreist. Die Atmosphäre solcher Planeten ist deshalb einer extremen Strahlung ausgesetzt. Der stetige Energiezufluss von dem nahen Stern führt dazu, dass große Gasmengen aus der Atmosphäre ins All abströmen. Untersuchungen in den vergangenen Jahren haben gezeigt, dass HD 209458b durch die Aufheizung seiner Atmosphäre einen ausgedehnten, kometenartigen Schweif besitzt. Rund zehn Millionen Kilogramm Gas strömt dort in jeder Sekunde ins Weltall ab.

HD 209458b ist zudem der erste extrasolare Planet, bei dem "Transits" nachgewiesen werden konnten. Dabei zieht der Planet auf seiner Bahn regelmäßig vor seinem Zentralgestirn vorüber und schwächt dessen Licht geringfügig ab. Der Planet besitzt etwa zwei Drittel der Jupitermasse und umkreist seinen sonnenähnlichen Zentralstern alle 3,5 Tage in einem Abstand von 6,75 Millionen Kilometern - das sind etwa 4,5 Prozent des Abstands Erde-Sonne. Die Transits bieten den Astronomen die Möglichkeit, aus der Stärke der Lichtabschwächung auch den Radius des Planeten zu bestimmen. Bei HD 209458b erhält man einen Wert von 1,32 Jupiterradien. Aber mehr noch: Mit einem Vergleich der Spektren während und außerhalb des Transits lassen sich stellare und planetare Komponenten des Spektrums voneinander trennen und dadurch sogar Rückschlüsse auf die Atmosphäre des Exoplaneten ziehen.

Ballester, Sing und Herbert vom Lunar and Planetary Laboratory der University of Arizona in Tucson gelang es nun, im Spektrum während der Transits eine weitere, breitbandige Absorption nachzuweisen. Die drei Forscher sehen die Ionisation von Wasserstoff im ersten angeregten Zustand als Ursache dieses Absorptionsfeatures. Mithilfe eines Atmosphärenmodels ergibt sich daraus die Existenz einer 5300 Grad heißen Zwischenschicht in der Atmosphäre. Die Arbeit der drei Forscher zeigt eindrucksvoll, welches Potenzial in der Transitmethode steckt. Die Zahl der Transit-Planeten wird dank des Ende 2006 gestarteten Satelliten Corot in den kommenden Jahren rasant ansteigen - mit rund einhundert neuen Exoplaneten in zwei Jahren rechnen die Forscher. Die meisten dieser Planeten werden vermutlich "Heiße Jupiter" sein. Die Erforschung der Atmosphären dieser Planeten dürfte also in den kommenden Jahren ein - im wörtlichen Sinne - heißes Forschungsfeld sein.