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Exoplaneten: Ein extrasolarer Planet mit einer wasserdampfreichen Atmosphäre

Der Exoplanet GJ 1214b im Sternbild Schlangenträger
Eine Atmosphäre mit einem hohen Gehalt an Wasserdampf umgibt den Exoplaneten GJ 1214b im Sternbild Schlangenträger. Bis zu 30 Prozent Wasserdampf könnte seine rund 280 Grad Celsius heiße Atmosphäre enthalten, sollte sie frei von Wolken sein. Dies ist das Ergebnis von Untersuchungen mit dem Infrarotsatelliten Spitzer, die ein Forscherteam um Jean-Michel Désert am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics kürzlich veröffentlichte.

Der Exoplanet GJ 1214b gehört zu den Transitplaneten, das heißt, seine Umlaufbahn ist zufälligerweise so orientiert, dass der Planet bei jedem Umlauf von der Erde aus gesehen vor seinem Zentralgestirn herläuft. Somit kommt es zu geringen periodischen Abschwächungen seiner Helligkeit, die sich mit Teleskopen verfolgen lassen.

Aus weiteren Messdaten zu Stern und Planet konnten die Forscher folgern, dass GJ 1214b eine so genannte Super-Erde ist mit einer Masse von 6,6 Erdmassen und einem Durchmesser vom 2,7-Fachen der Erde. Er umkreist sein Zentralgestirn, der zu den leuchtschwachen Zwergsternen der Klasse M gehört, in nur rund 1,6 Tagen. Der Stern weist etwa 15 Prozent der Masse unserer Sonne auf und ist 44 Lichtjahre von uns entfernt.

Durch Beobachtungen des Stern vor, während und nach den Transits ist es möglich, spektrale Informationen über seinen Begleiter zu gewinnen. GJ 1214b war der erste Exoplanet, bei dem dies gelang. Damals hatte das gleiche Forscherteam zwei mögliche Modelle vorgeschlagen, um die Messdaten von GJ 1214b zu erklären.

Ein Modell nimmt eine solare Zusammensetzung an, bei der die Atmosphäre zum größten Teil aus Wasserstoff und Helium besteht. Die dazu aber fehlenden Absorptionslinien in den Spektren wurden durch das Vorhandensein einer dichten, undurchdringlichen Wolkendecke erklärt. Allerdings hielt das Forscherteam diese Lösung für eher unwahrscheinlich.

Die zweite Variante sah das Vorhandensein größerer Mengen von Gasen aus schwereren Elementen vor, in diesem Falle vor allem Wasserdampf. Die neuen Messungen scheinen dieses Szenario nun zu bestätigen: Mit großer Wahrscheinlichkeit enthält die Atmosphäre von GJ 1214b mindestens zehn Prozent Wasserdampf. Sollte die Atmosphäre frei von Wolken sein, so könnte der Anteil sogar bis zu 30 Prozent betragen.

Die neuen Messdaten können auch Aufschluss darüber geben, wie GJ 1214b entstanden ist. Manche Modelle der Planetenentstehung vermuten, dass Himmelskörper von der Größe und Masse von GJ 1214b ihre Atmosphäre direkt aus dem Urnebel um ihre Sonne einfangen, wenn sie sich nahe am Stern bilden. Dann sollte sie aber überwiegend aus Wasserstoff und Helium bestehen, was nicht der Fall ist.

Daher vermutet das Team, dass sich der Planet weiter vom Stern entfernt bildete, wo sich Wasserdampf und andere Gase wegen der dort geringeren Temperaturen als Eis niederschlagen können. Als dann der neuentstandene Planet durch Wechselwirkungen mit der noch verbliebenen Scheibe aus Gas und Staub um sein Zentralgestirn näher an es heranrückte, verdampften die leichflüchtigen Stoffe und bildeten eine heiße Gashülle um GJ 1214b.

Tilmann Althaus

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  • Quellen
Originalarbeit: http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/1103/1103.2370v1.pdf

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