Astronomie Heiße extrasolare Planeten

Seitdem im Oktober 1995 der erste extrasolare Planet - ein Begleiter des Sterns 51Pegasi - entdeckt wurde, haben die Astronomen rund 140 derartige Objekte aufgespürt. Gleichwohl fanden die Forscher fast nichts über ihre Beschaffenheit heraus. Erst in jüngerer Zeit zeichnet sich ein langsamer Wandel ab. Nun ist es zwei Gruppen von Wissenschaftlern unabhängig voneinander sogar gelungen, definitiv die Infrarotstrahlung von Exoplaneten zu erfassen.

Die Planeten ferner Sterne verraten sich am ehesten anhand der Gravitationskraft, die sie auf jene großen Himmelskörper ausüben. Diese Kraft sorgt dafür, daß sich ein Planet nicht um das Zentrum eines Sterns bewegt, sondern ebenso wie der Stern selbst um das Schwerezentrum des ganzen Systems. Der Stern nimmt deshalb am Himmel keine feste Position ein, sondern er wackelt ein wenig hin und her. Dieser Effekt hat die Existenz der überwiegenden Mehrheit der bekannten Exoplaneten verraten.

Planet verrät sich durch „Sternfinsternis“

Im Jahr 1999 machte sich erstmals ein extrasolarer Planet auf eine andere Weise bemerkbar. Damals registrierten die Astronomen, wie sich die Helligkeit des Sterns HD 209458 für etwa drei Stunden verringerte. Sie beobachteten eine "Sternfinsternis", bei der sich ein Planet vor den Himmelskörper schob und einen kleinen Teil von dessen Strahlung blockierte. Ein solcher "Transit" ist weit seltener zu sehen als das Wackeln des Sterns, weil er sich nur ereignen kann, wenn die Kante der Bahnebene des Planeten auf die Erde gerichtet ist.

Der Planet HD 209458b, der etwa 1,3 Mal soviel Masse wie der Planet Jupiter hat und seinen Zentralstern in rund sieben Millionen Kilometer Abstand jeweils einmal in 3,5 Tagen umrundet, hat sich als Glückstreffer erwiesen. Insbesondere mit dem Hubble-Weltraumteleskop ist er mehrfach beobachtet worden, und dabei haben die Astronomen manches über seine Atmosphäre herausgefunden, die beim Transit das Licht des Sterns absorbiert. Die Absorptionsstrahlung läßt sich im Spektrum des Sterns nachweisen.

Erste Fotografie eines Exoplaneten

Im Jahr 2001 haben die Astronomen auf diese Weise Natrium im unteren Bereich der Atmosphäre des Planeten entdeckt. Im Jahr 2003 fanden sie in der oberen Atmosphäre Wasserstoff, von dem den Messungen zufolge in jeder Sekunde zehntausend Tonnen in den freien Weltraum entweichen. Im vergangenen Jahr schließlich wurden in der oberen Atmosphäre auch Kohlenstoff und Sauerstoff aufgespürt - schwerere Elemente, die normalerweise in geringeren Höhen zu erwarten wären. Die große Hitze auf dem Planeten (infolge der geringen Distanz zum Stern) ist offenbar für ihren Aufstieg verantwortlich.

Im vergangenen Jahr ist es außerdem möglicherweise erstmals gelungen, einen Exoplaneten zu fotografieren. Zumindest glauben die Astronomen, daß ein mit dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile aufgenommenes Infrarotbild neben dem Braunen Zwerg mit der Bezeichnung 2M1207 ein Objekt mit fünffacher Jupitermasse zeigt, bei dem es sich spektroskopischen Analysen zufolge um einen Planeten handelt. Der Beweis, daß das Objekt tatsächlich um den Braunen Zwerg kreist, steht noch aus. Ein 1998 mit dem Hubble-Teleskop fotografierter "Exoplanet", der sich frei durch den Weltraum bewegt, ist später als Stern identifiziert worden.

Erfolgversprechende Suche im Infraroten

Für die Suche nach Exoplaneten und für deren Beobachtung bietet sich der infrarote Bereich des Spektrums an, weil jeder Planet im optischen Bereich hoffnungslos vom Zentralstern überstrahlt wird. Im allgemeinen ist der Stern rund zehntausendmal so hell wie sein Begleiter, weil dieser Licht nur reflektiert. Infrarot-, also Wärmestrahlung gibt er dagegen selbst ab, und in diesem Spektralbereich leuchtet der Stern nur etwa vierhundertmal so stark wie er selbst.

Auch die zwei jüngsten Beobachtungen - mit dem Spitzer-Weltraumobservatorium - sind im infraroten Bereich erfolgt. In beiden Fällen wurden wiederum die Transits verfolgt, nur, daß diesmal die Planeten von den Zentralsternen bedeckt wurden und nicht umgekehrt. Dadurch wurde kurz vor und nach der Bedeckung die gemeinsam von Stern und Planet ausgesandte Strahlung gemessen, während der Beobachtung dagegen nur jene vom Stern. Die Differenz entspricht der Strahlung des Planeten.

Neues Verfahren vielversprechend

Die eine der beiden Forschergruppen (um David Charbonneau vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) verfolgte das Verschwinden des Planeten Tres-1, der vorher vom "Trans-Atlantic Exoplanet Survey" aufgespürt worden war, hinter seinem Zentralstern. Die Wissenschaftler fanden unter anderem heraus, daß der Planet nur 31 Prozent des auf ihn fallenden Sternenlichts reflektiert, wie sie in der Zeitschrift "The Astrophysical Journal" berichten werden. Der Planet hat an seiner Oberfläche eine Temperatur von 1060 Kelvin und umkreist den Stern in einem Abstand von sechs bis sieben Millionen Kilometern.

Die andere Gruppe (um Drake Deming vom Goddard Space Flight Center) hat die Bedeckung des Planeten HD 209458b beobachtet, der durch die Messungen mit dem Hubble-Teleskop schon in die Geschichte der Astronomie eingegangen war. Die neuen Daten zeigen, daß dieser Planet eine Temperatur von 1130 Kelvin hat, wie es auf der Internetseite der Zeitschrift "Nature" heißt. Mit dem neuen Verfahren dürfte die Erforschung der Exoplaneten einen kräftigen Aufschwung nehmen.