Dank der NASA-Weltraumteleskope Kepler und Spitzer haben Wissenschaftler die bislang präziseste Messung des Radius eines Planeten außerhalb unseres Sonnensystems gemacht. Die Größe des Exoplaneten mit der Bezeichnung Kepler-93b ist jetzt mit einer Unsicherheit von nur 119 Kilometern auf jeder Seite des planetaren Körpers bekannt.
Die Ergebnisse bestätigen Kepler-93b als eine „Supererde“, die etwa die 1,5-fache Größe unseres Planeten hat. Obwohl Supererden in der Galaxie häufig anzutreffen sind, existiert keine in unserem Sonnensystem. Exoplaneten wie Kepler-93b sind deshalb unsere einzigen Laboratorien, um diese wichtige Planetenklasse zu untersuchen.
Mit engen Grenzen hinsichtlich der Größen und Massen von Supererden können Forscher endlich damit beginnen, darüber nachzudenken, woraus diese seltsamen Welten bestehen. Vorherige Messungen des Keck Observatory auf Hawaii ergaben, dass die Masse von Kepler-93b ungefähr das 3,8-fache der Erdmasse beträgt. Die Dichte von Kepler-93b, abgeleitet aus seiner Masse und dem neu gemessenen Radius, spricht dafür, dass der Planet tatsächlich sehr wahrscheinlich aus Eisen und Gestein besteht – so wie die Erde.
„Mit Kepler und Spitzer haben wir die bislang präzisesten Größenmessungen eines fremden Planeten [außerhalb unseres Sonnensystems] vorgenommen, was entscheidend dafür ist, diese weit entfernten Welten zu verstehen“, sagte Sarah Ballard, eine NASA Carl Sagan Stipendiatin an der University of Washington in Seattle. Sie ist die leitende Autorin einer Abhandlung über die Ergebnisse, die im Astrophysical Journal veröffentlicht wurde.
„Die Messung ist so genau, dass es wortwörtlich damit vergleichbar wäre, die Größe einer sechs Fuß (ca. 1,83m) großen Person mit einer Unsicherheit von 1,9 Zentimetern zu messen – wenn diese Person auf dem Jupiter stehen würde“, sagte Ballard.
Kepler-93b umkreist einen ungefähr 300 Lichtjahre entfernten Stern, der annähernd 90 Prozent der Sonnenmasse und des Sonnenradius besitzt. Die Entfernung des Exoplaneten von seinem Stern beträgt nur ein Sechstel der Distanz zwischen der Sonne und Merkur, was auf eine glühend heiße Oberflächentemperatur von rund 760 Grad Celsius schließen lässt. Trotz seiner neu bestimmten Ähnlichkeit mit der Erde, was seine Zusammensetzung betrifft, ist Kepler-93b viel zu heiß für Leben.
Um die Schlüsselmessungen des Radius dieses heißen Exoplaneten durchzuführen, beobachteten die Weltraumteleskope Kepler und Spitzer, wie Kepler-93b vor seinem Stern vorbeizog (Transit genannt) und einen winzigen Teil des Sternlichts blockierte. Keplers starrer Blick verfolgte gleichzeitig die Helligkeitsabschwächung des Sterns, die durch seismische Wellen in seinem Inneren erzeugt wurden. Diese Messungen liefern präzise Informationen über das Innere des Sterns. Das Team verwendete sie, um den Radius des Sterns einzugrenzen, der entscheidend für die Messung des Planetenradius ist.
In der Zwischenzeit bestätigte Spitzer, dass der Transit des Exoplaneten im infraroten Licht genau so aussah wie in den optischen Beobachtungen Keplers. Diese ergänzenden Daten Spitzers, von denen manche mit einem neuen Präzisionsbeobachtungsmodus gesammelt wurden, schlossen die Möglichkeit aus, dass die Entdeckung des Exoplaneten durch Kepler ein Trugschluss war.
Zusammengenommen beträgt der Unsicherheitsfaktor hinsichtlich des Radius von Kepler-93b nur ein Prozent. Die Messungen besagen, dass der Planet mit einem geschätzten Durchmesser von 18.800 Kilometern um etwa 240 Kilometer größer oder kleiner sein könnte – das ist die ungefähre Entfernung zwischen Washington DC und Philadelphia.
Spitzer beobachtete zwischen 2010 und 2011 insgesamt sieben Transits von Kepler-93b. Drei Transits wurden mit einer „Peak-Up“-Beobachtungstechnik registriert. Im Jahr 2011 zweckentfremdeten die Spitzer-Ingenieure die Peak-Up-Kamera des Teleskops, die ursprünglich für die genaue Ausrichtung des Teleskops genutzt wurde. Mit ihr steuerten die Forscher, auf welchen Einzelpixeln innerhalb der Infrarotkamera Spitzers das Licht auftrifft.
Das Fazit dieser Zweckentfremdung: Ballard und ihre Kollegen waren in der Lage, den Unsicherheitsfaktor der Spitzer-Messungen des Exoplanetenradius zu halbieren und die Übereinstimmung zwischen den Spitzer- und den Kepler-Messungen zu verbessern.
„Ballard und ihr Team haben einen bedeutenden, wissenschaftlichen Fortschritt erzielt und die Leistungsfähigkeit von Spitzers neuem Ansatz zur Beobachtung von Exoplaneten demonstriert“, sagte Michael Werner, Projektwissenschaftler des Spitzer Space Telescope am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena (Kalifornien).
Das Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena (Kalifornien) leitet die Spitzer Space Telescope Mission für das Science Directorate in Washington. Die wissenschaftlichen Operationen werden am Spitzer Science Center am California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena durchgeführt. Die Operationen des Teleskops werden von der Lockheed Martin Space Systems Company in Littleton (Colorado) gesteuert. Die Daten werden im Infrared Science Archive des Infrared Processing and Analysis Center am Caltech archiviert. Das Caltech betreibt das JPL für die NASA.
Das Ames Research Center in Moffett Field (Kalifornien) ist für die Entwicklung der Kepler-Bodensysteme, die Missions-Operationen und die wissenschaftliche Datenanalyse verantwortlich. Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena (Kalifornien) leitete die Entwicklung der Kepler-Mission. Ball Aerospace & Technologies Corp. in Boulder (Colorado) entwickelte das Kepler-Flugsystem und unterstützt die Missions-Operationen mit dem Laboratory for Atmospheric and Space Physics an der University of Colorado in Boulder. Das Space Telescope Science Institute in Baltimore (Maryland) archiviert, speichert und verteilt die wissenschaftlichen Kepler-Daten. Kepler ist die 10. Discovery-Mission der NASA und wurde vom Science Mission Directorate finanziert.
Quelle: http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2014-239
(THK)
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