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Exoplaneten: Spitzer sieht heiße Supererde

55 Cancri e

Der Exoplanet 55 Cancri e ist ein ungemütlicher Platz im Vergleich zu unserer Heimatwelt. Er ist in etwa doppelt so groß wie der Erde und hat eine rund achtmal so große Masse. Die Supererde umläuft ihren Stern in rund 18 Stunden auf einer Bahn, deren Radius nur etwa drei Prozent der mittleren Entfernung Sonne-Merkur beträgt. Aufgrund der extremen Nähe ist die Rotation des Planeten gebunden, er wendet seiner Sonne also stets die gleiche Seite zu. So muss es auf der Planetenoberfläche sehr heiß sein, doch die genaue Temperatur war bisher unbekannt. Nun gelang es einem Astronomenteam aus den USA und Belgien zum ersten Mal, die Temperatur mit dem Weltraumteleskop Spitzer zu messen. Obwohl die Tagseite rund 2100 Grad Celsius heiß ist, könnte sie eine exotische Form von Wasser beherbergen.

55 Cancri e
55 Cancri e | Eine künstlerische Darstellung der Supererde 55 Cancri e. Der Exoplanet umläuft seinen Zentralstern in nur drei Prozent der mittleren Entfernung Merkur-Sonne mit einer Periode von rund 18 Stunden. Daher rotiert er gebunden und wendet seinem Stern stets die gleiche Seite zu, die sich bis auf rund 2000 Grad Celsius erhitzt.

Die Forscher um Brice-Olivier Demory vom Massachusetts Institute of Technology beobachteten die Passage des Exoplaneten hinter seinem Stern. Die heiße Tagseite der Planetenkugel ist dann unsichtbar und ihre Infrarotstrahlung verschwindet für die Dauer der Passage. Die neuen Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Spitzer zeigen eindeutig eine leichte Verringerung der Gesamthelligkeit des Sterns um 0,13 Promille. Da die Oberflächentemperatur des Sterns 55 Cancri sehr genau bekannt ist, lässt sich aus dem Helligkeitsabfall die Temperatur des Planeten berechnen. Die Wissenschaftler maßen diese bei rund 2100 Grad Celsius, sehr viel heißer als erwartet. Befände sich der Planet im thermischen Gleichgewicht und würde gleichmäßig in alle Richtungen abstrahlen, so sollte er lediglich 1200 Grad Celsius heiß sein.

Das bedeutet zuerst einmal nur, dass die Oberfläche des Exoplaneten die Wärme vergleichsweise schlecht abstrahlt, also relativ dunkel ist. Zudem scheint die Temperatur von der dauerhaft erhitzten Tagseite nur schlecht auf die Nachtseite transportiert zu werden. Ebenfalls denkbar ist, dass die Beobachtungen im Infraroten eine sehr heiße Atmosphärenschicht und nicht die Oberfläche beobachten. Verschiedene Erklärungen sind denkbar, um die Beobachtungen zu erklären. Die Astronomen favorisieren jedoch das Szenario einer Supererde mit Dampfhülle.

Verfinsterung von 55 Cancri e durch seinen Stern
Verfinsterung von 55 Cancri e durch seinen Stern | Dieses Diagramm zeigt die beobachtete Verfinsterung des Exoplaneten 55 Cancri e durch seinen Stern. Die horizontale Achse zeigt die Zeit als Bruchteil eines Umlaufs von 18 Stunden Dauer, die vertikale Achse die relative Helligkeit des Sterns im Infrarotlicht. Auf seiner Bahn läuft der Planet für rund zwei Stunden hinter dem Stern entlang. Währenddessen erreicht das Infrarotlicht seiner heißen Tagseite nicht mehr die Sensoren des Weltraumteleskops Spitzer. So fällt die abgebildete Infrarothelligkeit um 0,13 Promille ab und steigt wieder an, wenn der Planet auf der anderen Seite des Sterns erneut sichtbar wird.

In diesem Fall besteht 55 Cancri e aus einem Gesteinskern, der von einer Schicht überkritischen Wassers umgeben ist. Bei den auf dem Exoplaneten vorherrschenden hohen Temperaturen und Drücken tritt Wasser in der so genannten überkritischen Form auf: Es ist so dicht wie flüssiges Wasser, dabei aber so fließfähig wie der gasförmige Wasserdampf. Es ist mit Sicherheit kein mit den irdischen Meeren vergleichbarer Wasserozean.

Als Nebeneffekt der Messungen ergibt sich auch eine verbesserte Abschätzung der Exzentrizität der Umlaufbahn. Durch die exakte Vermessung des Zeitpunkts, zu dem der Planet hinter seinen Stern tritt, können die Forscher mit großer Sicherheit sagen, dass die Bahn nahezu kreisförmig ist. Die Exzentrizität muss kleiner als 0,06 sein und damit vergleichbar mit derjenigen der meisten Planeten in unserem Sonnensystem.

In Zukunft hoffen die Wissenschaftler auf das geplante James-Webb-Weltraumteleskop. Dessen größere Optik und neuere Technik könnte in der Lage sein, die Zusammensetzung der Atmosphäre von 55 Cancri e zu analysieren.

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