Wasser ist ein heißes Thema bei der Untersuchung von Exoplaneten – darunter „heiße Jupiter“, deren Massen mit der Masse Jupiters vergleichbar sind, aber viel näher an ihrem Zentralstern liegen als Jupiter an der Sonne. Sie können Temperaturen von 1.100 Grad Celsius erreichen, was bedeutet, das alles vorhandene Wasser die Form von Wasserdampf annehmen würde.
Astronomen haben viele heiße Jupiter mit Wasser in ihren Atmosphären gefunden, aber andere scheinen keins zu besitzen. Wissenschaftler am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena (Kalifornien) wollten herausfinden, was die Atmosphären dieser riesigen Welten gemeinsam haben. Sie konzentrierten sich auf eine Reihe heißer Jupiter, die vom Weltraumteleskop Hubble untersucht wurden, und stellten fest, dass die Atmosphären bei etwa der Hälfte der Planeten durch Wolken oder Dunst verhüllt waren.
„Die Motivation für unsere Studie bestand darin zu sehen, wie diese Planeten aussehen würden, wenn man sie nebeneinanderstellt und schaut, ob sie irgendwelche atmosphärischen Eigenschaften gemeinsam haben“, sagte die Studienleiterin Aishwarya Iyer, Kandidatin für den Masterabschluss an der California State University in Northridge.
Die neue Studie wurde am 1. Juni 2016 im Astrophysical Journal veröffentlicht. Sie lässt darauf schließen, dass Wolken- oder Dunstschichten eine erhebliche Menge des atmosphärischen Wassers vor dem Nachweis durch Weltraumteleskope verbergen könnten. Die Wolken selbst bestehen wahrscheinlich nicht aus Wasser, weil die Planeten in dieser Stichprobe zu heiß für wasserbasierte Wolken sind.
„Wolken oder Dunst scheint es auf fast jedem Planeten zu geben, den wir untersuchten“, sagte Iyer. „Man muss Wolken oder Dunst sorgfältig berücksichtigen, anderenfalls könnte man die Wassermenge in der Atmosphäre eines Exoplaneten um den Faktor Zwei unterschätzen.“
In der Studie betrachteten die Wissenschaftler eine Stichprobe von 19 heißen Jupitern, die zuvor von Hubble beobachtet wurden. Die Wide Field Camera 3 des Weltraumteleskops hatte Wasserdampf in den Atmosphären von zehn Planeten aus der Stichprobe registriert; bei den restlichen neun Planeten wurde kein Wasserdampf nachgewiesen. Diese Information wurde in mehr als einem Dutzend Studien verbreitet. Die Analyse- und Interpretationsmethoden variierten, weil die Studien separat durchgeführt wurden. Es gab keine gemeinsame Analyse all dieser Planeten.
Um die Planeten miteinander zu vergleichen und nach Mustern zu suchen, musste das JPL-Team die Daten standardisieren: Die Forscher kombinierten die Datensätze aller 19 heißen Jupiter, um ein durchschnittliches Gesamtspektrum für die Planetengruppe zu erstellen. Dann verglichen sie diese Daten mit Modellen von klaren, wolkenfreien Atmosphären und jenen mit unterschiedlich dicken Wolkendecken.
Die Wissenschaftler stellten fest, dass bei fast jedem untersuchten Planeten Wolken oder Dunst durchschnittlich die halbe Atmosphäre blockierten. „In manchen Fällen kann man Wassersignaturen oberhalb der Wolken- oder Dunstschichten sehen, und darunter könnte noch mehr Wasser vorhanden sein“, sagte Iyer.
Die Forscher kennen die Natur dieser Wolken- und Dunstschichten noch nicht und wissen noch nicht, woraus sie bestehen. „Wolken oder Dunst auf nahezu all diesen Planeten zu finden, ist ziemlich überraschend“, sagte Robert Zellem, ein Postdoktorand am JPL und Co-Autor der Studie.
Die Schlussfolgerungen dieser Ergebnisse stimmen mit Ergebnissen überein, die am 14. Dezember 2015 im Journal Nature veröffentlicht wurden. Die Nature-Studie nutzte Daten der Weltraumteleskope Hubble und Spitzer für die Annahme, dass Wolken oder Dunst nicht nachgewiesenes Wasser auf heißen Jupitern verbergen könnte. Diese neue Studie verwendet Exoplaneten-Daten eines einzigen Instruments an Bord von Hubble, um eine größere Gruppe heißer Jupiter einheitlich zu charakterisieren. Sie ist die erste Studie, in der beziffert wird, wie viel der Atmosphäre infolge von Wolken oder Dunst blockiert werden würde.
Die neue Forschungsarbeit könnte Auswirkungen auf Nachfolgestudien mit zukünftigen Weltraumteleskopen wie dem James Webb Space Telescope der NASA haben. Exoplaneten, auf denen dichte Bewölkung den Nachweis von Wasser und anderen Substanzen verhindert, könnten weniger sinnvolle Ziele für ausführlichere Studien darstellen.
Diese Ergebnisse sind auch wichtig hinsichtlich der Entstehung von Planeten. „Entstanden diese Planeten an ihren aktuellen Positionen oder wanderten sie aus größeren Entfernungen hin zu ihren Zentralsternen? Die Häufigkeiten von Molekülen wie Wasser zu verstehen, hilft uns bei der Beantwortung dieser Fragen“, sagte Zellem.
„Die Studie ist ein spannender Schritt nach vorn bei der Untersuchung von Exoplaneten und dem Vergleichen ihrer Eigenschaften“, sagte Mark Swain, Co-Autor der Studie und Leiter der Exoplanet Discovery and Science Group am JPL.
Michael Line von der University of California in Santa Cruz wirkte ebenfalls an der Studie mit. Andere Co-Autoren vom JPL waren Gael Roudier, Graca Rocha und John Livingston.
Quelle: https://www.nasa.gov/feature/cloudy-days-on-exoplanets-may-hide-atmospheric-water
(THK)
Antworten