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Braune Zwerge: Das Wetter auf einem Braunen Zwerg

Astronomen haben die erste Detailuntersuchung von Atmosphären-Eigenschaften – das Analogon einer Wetterkarte – eines Braunen Zwergs veröffentlicht: die erste Oberflächenkarte eines solchen Objekts überhaupt sowie Messungen, die Atmosphären-Eigenschaften in unterschiedlichen Höhenlagen erfassen. Die Ergebnisse läuten eine neue Ära der Erforschung Brauner Zwerge ein, in der Astronomen Modelle für die Wolkenbildung auf diesen Himmelskörpern – und später auch auf riesigen Gasplaneten – anhand von Beobachtungen überprüfen können.
Drei Ansichten des Braunen Zwergs Luhman 16B

Braune Zwerge sind sonderbare Objekte: Sie besitzen eine größere Masse als Planeten, sind aber nicht massereich genug, dass in ihren Zentralbereichen die Kernfusion zünden kann, die Sterne zum Leuchten bringt. Als im März 2013 die Entdeckung eines Systems aus zwei einander umkreisenden Braunen Zwergen in einer Entfernung von bloßen 6,5 Lichtjahren von der Sonne bekanntgegeben wurde (nur zwei Sterne oder Sternensysteme sind der Erde näher als das!), war klar, dass Astronomen nun die Möglichkeit haben würden, diese ungewöhnlichen Gebilde genauer zu untersuchen als jemals zuvor.

Sechs Ansichten des Braunen Zwergs Luhman 16B
Sechs Ansichten des Braunen Zwergs Luhman 16B | Aus den Messdaten des Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte ESO in Chile konnten diese Ansichten des Braunen Zwergs Luhman 16B errechnet werden. Sie zeigen Wolken und unterschiedliche Temperaturen auf der Oberfläche des rund 1000 Grad heißen Himmelskörpers.

Die Braunen Zwerge werden nach ihrem Entdecker als Luhman 16A und Luhman 16B bezeichnet. Zwei Studien zu diesen Objekten sind jetzt veröffentlicht worden – und läuten in der Tat den Beginn einer neuen Ära der Erforschung Brauner Zwerge ein.

Die erste der Studien, unter der Leitung von Ian Crossfield vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, präsentiert etwas, das es für Braune Zwerge bislang überhaupt noch nicht gegeben hat: eine Oberflächenkarte von Luhman 16B, erstellt mit einem Verfahren, das (dem englischen Sprachgebrauch folgend) Doppler Imaging heißt. Crossfield erklärt: "Frühere Beobachtungen haben bereits Hinweise darauf ergeben, dass Braune Zwerge eine gefleckte Oberfläche besitzen sollten. Jetzt können wir solch eine Oberfläche direkt kartieren. Bei dem, was wir sehen, dürfte es sich um eine unregelmäßige Wolkendecke handeln, nicht unähnlich der Oberfläche des Planeten Jupiter."

Die Karten, die Crossfield und seine Kollegen erstellt haben, sind so etwas wie grobe Versionen von Wetterkarten, wie wir sie von Satellitenbildern unseres Heimatplaneten kennen. Crossfield fügt hinzu: "In Zukunft sollten wir dabei zusehen können, wie auf Luhman 16B Wolken neu entstehen, sich entwickeln und wieder verschwinden – vielleicht sind Exo-Meteorologen dann irgendwann in der Lage vorherzusagen, wann ein Besucher auf Luhman 16B klaren oder bewölkten Himmel erwarten könnte."

Für menschliche Bedürfnisse dürfte die Vorhersage auf Luhman 16B allerdings zu allen Zeiten "äußerst unangenehmes Wetter" lauten: Bei Temperaturen von mehr als 1000 Grad Celsius handelt es sich um Wolken aus winzigen Tröpfchen flüssigen Eisens und verschiedenen Mineralen, die in einer Wasserstoff-Atmosphäre schweben.

Die zweite Studie, die von Beth Biller geleitet wurde (jetzt an der Universität Edinburgh, während dieser Forschungen noch am Max-Planck-Institut für Astronomie) geht im wörtlichen Sinne weiter in die Tiefe. Wenn hellere und dunklere Wolken ins Blickfeld rotieren und wieder außer Sicht geraten, dann ändert sich auch die Gesamthelligkeit des Braunen Zwergs. Durch die gleichzeitige Beobachtung der Helligkeitsveränderungen bei unterschiedlichen Wellenlängen konnten Biller und ihre Kollegen rekonstruieren, was in unterschiedlichen Atmosphärenschichten sowohl von Luhman 16A als auch von Luhman 16B vor sich geht.

Biller sagt: "Unsere Daten zeigen, dass das Wettergeschehen auf diesen Braunen Zwergen durchaus komplex ist. Die Wolkenstruktur variiert, je nachdem wie tief man in die Atmophäre blickt – wir haben es definitiv mit mehr als einer einzigen Wolkenschicht zu tun."

Die neuen Ergebnisse dürften Auftakt einer neuen Phase für die Erforschung Brauner Zwerge sein, in der Theoretiker Modelle für die Wolkenstruktur von Braunen Zwergen formulieren – und diese Modelle durch den Vergleich mit detaillierten Beobachtungen testen können.

Beth Biller sagt: "Besonders aufregend ist für uns, dass unsere Beobachtungen nur der Anfang sind. Mit der nächsten Generation von Teleskopen, insbesondere mit dem European Extremely Large Telescope mit seinem Spiegeldurchmesser von 39 Metern, sollten wir Oberflächenkarten für noch entferntere Braune Zwerge erstellen können – und irgendwann dann auch einmal für junge Gasplaneten anderer Sterne."

Luhman 16B zum Selberbasteln:

Ian Crossfield hat Bastelvorlagen für einen Würfel und einen Origami-Ballon erstellt, welche die Oberflächenstruktur des Braunen Zwergs Luhman 16B veranschaulichen. Die Vorlagen gibt es als PDF zum Herunterladen, die Beschriftungen sind auf Englisch verfasst.

Luhman 16B als Papierwürfel (PDF)

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  • Quellen
MPIA, 29. Januar 2014

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