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Beobachtungstechniken: Wasser auf der Erde nachgewiesen

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Ein Astronomenteam um Nicolas Cowan von der University of Washington entwickelte mit Hilfe von Instrumenten an Bord der Raumsonde Deep Impact eine Technik, die zukünftig Ozeane auf erdähnlichen Exoplaneten aufspüren könnte. Da gegenwärtige Weltraumteleskope noch nicht leistungsfähig genug sind, um die Spektren extrasolarer Welten wie erforderlich abzulichten, nahmen die Forscher zunächst vorlieb mit der Erde.

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Die Erde | Die Erde aus einer Distanz von rund 50 Millionen Kilometer, beobachtet mit einem Infrarot-Grün-Blau-Filter. Die ersten Bilder von erdähnlichen extrasolaren Planeten, werden allerdings eher einem einzigen Lichtpunkt gleichen und keine Details zeigen. Die Technik von Cowan und seinen Kollegen lässt sich aber dennoch anwenden.
Am 18. März und am 4. Juni 2008 verfolgten die Wissenschaftler für jeweils 24 Stunden und in sieben verschiedenen Frequenzbändern im gesamten optischen Spektralbereich, wie sich die von der Erde reflektierte Lichtintensität änderte, während der Planet rotierte. Durch die von der Atmosphäre gestreuten Wellenlängen erscheint der Planet zunächst blau, berichten Cowan und seine Kollegen. Sie suchten nun kleine Abweichungen von der durchschnittlichen Farbe, die durch die unterschiedliche Beschaffenheit der Oberfläche – wie etwa ozeanbedeckte Regionen – hervorgerufen werden.

Tatsächlich reflektieren Ozeane hauptsächlich blaue Wellenlängen, während Landmassen am stärksten im Roten und nahen Infraroten reflektieren. Die daraus erstellten Planetenkarten stimmten mit der tatsächlichen Lage von Kontinenten und Weltmeeren überein. Allerdings geben sie nur deren Längengrade wieder, da die Deep-Impact-Sonde aus der Äquatorebene beobachtete, wo mehr Sonnenlicht als in höheren Breiten eingestrahlt und damit auch ins All zurückgestrahlt wird.

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Die Erde als Punkt | Der kleine helle Punkt auf diesem Bild (innerhalb des orangen Streifens, einem reflektierten Lichtstrahl) ist die Erde, aufgenommen von Voyager 1 aus einer Entfernung von mehr als sechs Milliarden Kilometern und etwa 32 Grad oberhalb der Ekliptik.
Diese Einschränkungen würden auch für extrasolaren Planeten gelten und könnten möglicherweise ein falsches Bild erzeugen – etwa wenn entlang dem gesamten Äquator Land läge und Ozeane an den Polen. Zudem ließe nicht nur Wasser ein Planeten blauer erscheinen: Neptuns bläuliche Farbe werde beispielsweise durch Methan in seiner Atmosphäre verursacht. Allerdings sei das Blau über die gesamte Oberfläche konstant, im Fall der Erde variiere es hingegen von einem Ort zum anderen, was auf Wasser hindeute.

Allerdings befand sich die Raumsonde während der Aufnahmen gerade einmal zwischen 30 bis 50 Millionen Kilometern von der Erde entfernt, während erdähnliche Exoplaneten mehrere dutzend Lichtjahre entfernt liegen. Um diese einmal nur annähernd so gut aufzulösen, wie es nun mit der Erde durch Deep-Impact gelang, dürfte also noch einige Zeit vergehen. Dennoch sei es von Vorteil bereits jetzt eine Technik in den Händen zu halten, so Cowan, an der sich Ingenieure künftiger Raumsonden orientieren können. (mp)
22. Woche 2009

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 22. Woche 2009

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