In den letzten Tagen haben die Gravitationswellen die Welt der Wissenschaft und auch mein Blog (zum Beispiel hier, hier oder hier) dominiert. Aber natürlich ist die Forschung nicht stehen geblieben und auch andere Wissenschaftler haben andere interessante Dinge beobachtet. Zum Beispiel die Atmosphäre der Supererde 55 Cancri e.

Größenvergleich zwischen Erde und 55 Cancri e (Bild: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC))

Größenvergleich zwischen Erde und 55 Cancri e (Bild: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC))

Der Planet 55 Cancri e (der mittlerweile den offiziellen Namen “Janssen” bekommen hat) ist ein interessanter Himmelskörper! Entdeckt wurde er im Jahr 2004. Er umkreist gemeinsam mit mindestens vier anderen Planeten den Stern 55 Cancri A, der selbst wieder Teil eines Doppelsternsystems ist. 55 Cancri e ist 8,6 mal so schwer wie unsere Erde und hat den doppelten Radius unseres Planeten. Seine Dichte ist recht hoch und sogar noch ein wenig größer als die Dichte der Erde (die immerhin die größte Dichte der Planeten in unserem Sonnensystem hat). 55 Cancri e ist seinem Stern (der ungefähr so groß und schwer die Sonne ist) enorm nahe: Er braucht für einen Umlauf nur 18 Stunden! Auf seiner Oberfläche ist es darum auch extrem heiß; ungefähr 1700 Grad, weswegen man dort auch Anzeichen von Vulkanismus vermutet.

Über den Aufbau des Planeten selbst weiß man aber noch recht wenig. Man spekuliert darüber, ob er vielleicht zu großen Teilen aus Kohlenstoff besteht; ein Drittel seiner Masse könnte aus einer Art von Diamant bestehen. Die aktuellen Forschungsergebnisse (“Detection of an atmosphere around the super-Earth 55 Cancri e”) beschäftigen sich aber nicht mit dem inneren Aufbau von 55 Cancri e sondern mit seiner Atmosphäre.

Die Erforschung exoplanetarer Atmosphären ist ja eines der großen und wichtigen aktuellen Themen in der Astronomie. Planeten bei anderen Sternen haben wir mittlerweile ja schon sehr viele entdeckt. Darunter auch jede Menge, die der Erde in Größe und Masse ähneln. Aber ob darunter wirklich erdähnliche Himmelskörper sind, wissen wir nicht. Dazu müssten wir in der Lage sein herauszufinden wie ihre Atmosphären zusammengesetzt sind bzw. feststellen, ob sie überhaupt Atmosphären haben. Dafür reichen die technischen Mittel noch nicht aus. Oder besser gesagt: Sie reichen fast nicht aus; in einigen Fällen lassen sich Informationen gewinnen und 55 Cancri e ist genau so ein Fall.

Der Planet bewegt sich von uns aus gesehen direkt vor seinem Stern vorbei; es gibt also Transits. Das kann man nutzen, wenn man sich auf die Suche nach einer Atmosphäre macht und Angelos Tsiaras vom University College London und seine Kollegen haben genau das getan. Sie haben die Kameras des Hubble-Weltraumteleskops verwendet, um das Licht des Sterns zu beobachten. Das hat man gemacht bevor der Planet vor dem Stern vorüber zog und nachdem er vorüber gezogen war. Dieses “reine” Sternenlicht ist quasi die Grundlinie für die weitere Messung (“out-of-transit baseline”). Denn im nächsten Schritt beobachtet man das Licht des Sterns während der Planet von uns aus gesehen vor ihm vorüber zieht (“in-transit spectra”). Von diesen Messungen subtrahiert man nun das Licht der Grundlinie und was dann übrig bleibt, sieht so aus:

Das Bild zeigt die Menge des Sternenlicht, die vom vorüberziehenden Planeten verdeckt wird und zwar in Abhängigkeit der Wellenlänge des Lichts. Wäre der Planet einfach nur ein atmosphäreloser Felsbrocken (oder Riesendiamant 😉 ), dann sollte da einfach nur eine gerade Linie zu sehen sein. Denn dann würde immer gleich viel Licht verdeckt werden, egal bei welcher Wellenlänge. Hat er eine Atmosphäre, ist das aber anders! Verschiedene Gase blockieren bei unterschiedlichen Wellenlängen unterschiedlich viel Licht. Oder anders ausgedrückt: Ein Planet mit Atmosphäre erscheint bei Betrachtung mit unterschiedlichen Wellenlängen unterschiedlich groß. Und genau das ist es, was auch die Daten zeigen. Die konkreten Daten”punkte” sind die grauen Linien und daran, dass es Linien sind und keine Punkte erkennt man auch schon, dass die Beobachtungsfehler recht groß waren. Trotzdem kann man einen deutlichen Trend erkennen; von links nach rechts sind die Daten”punkte” immer weiter oben im Diagramm zu finden (was auch die braune Ausgleichslinie zeigt); es wird also immer mehr Licht blockiert.

Der Planet hat also eine Atmosphäre. Aber was für eine? Jetzt wird es kompliziert… Die Daten sind viel zu ungenau, um daraus konkrete Informationen über die Zusammensetzung der Atmosphäre zu gewinnen. Man hat daher verschiedene Atmosphären am Computer simuliert und geschaut, was gut zu den Beobachtungen passt. Die rote Linie im Diagramm zeigt, wie der Einfluss von Wasserstoff und Helium auf die Lichtdurchlässigkeit der Atmosphäre aussieht. Das passt recht gut zum allgemeinen Trend der Daten und legt nahe, dass die Atmosphäre große Mengen dieser beiden Gase enthält.

Die grüne Linie ist schon etwas komplizierter und zeigt eine simulierte Atmosphäre in der sich viel Kohlenstoff befindet. Die passt auch recht gut und könnte belegen, dass tatsächlich ein Drittel von 55 Cancri e aus Kohlenstoff besteht. Betrachtet man die Details der grünen Kurve, dann findet man auch Hinweise auf das Vorhandensein von Cyanwasserstoff (Blausäure), ein weiterer Indikator für die Existenz von Kohlenstoff.

Künstlerische Darstellung von 55 Cancri e (Bild: ESA/Hubble, M. Kornmesser, CC-BY 3.0)

Künstlerische Darstellung von 55 Cancri e (Bild: ESA/Hubble, M. Kornmesser, CC-BY 3.0)

Aber: Diese Details sind alle nur Spekulation. Die Genauigkeit der Daten reicht bei weitem nicht aus, um irgendwas über die konkrete Zusammensetzung der Atmosphäre zu sagen! Das einzige, was man aus ihnen tatsächlich ableiten kann, ist die Existenz dieser Atmosphäre. Und das ist ja auch schon beeindruckend genug!

55 Cancri e ist der bis jetzt kleinste Planet, bei dem die Existenz einer Atmosphäre nachgewiesen werden konnte. Gut, es ist keine “zweite Erde”. Bei Temperaturen von 1700 Grad kann keine Atmosphäre lebensfreundliche Bedingungen schaffen (und schon gar keine, in der sich eventuell Blausäure befindet). Aber es ist ein erster Schritt! Es ist toll, dass wir solche Messungen schon mit unseren existierenden Instrumenten machen können! Wenn das jetzt heute schon möglich ist, dann werden wir mit der nächsten Generation der Riesenteleskope die in den 2020er Jahren den Betrieb aufnehmen, noch viel mehr machen können! So wie die Suche nach extrasolaren Planeten mit der Entdeckung enorm seltsamer Himmelskörper begonnen hat und erst nach knapp 15 Jahren bei den “normalen” Planeten angekommen ist, werden auch die ersten extrasolaren Atmosphären eher von der extremen Sorte sein. Aber früher oder später werden wir auch die anderen Atmosphären finden und untersuchen können. Und irgendwann wird dann auch eine dabei sein, die der unserer Erde ähnelt…

Kommentare (21)

  1. #1 schlappohr
    17. Februar 2016

    “Außerdem ist er seinem Stern sehr nahe und verdeckt dadurch mehr von dessen Licht als es ein weiter entfernter Planet tun würde.”

    Das ist mir nicht ganz klar. Wenn ich mir vorstelle, dass die Venus weiter von der Sonne entfernt (und damit näher an der Erde) wäre, dann würde sie bei einem Transit visuell eine größere Fläche der Sonne überdecken. Der Mond ist noch weiter weg und bedeckt sogar die ganze Sonne. Wo ist da mein Denkfehler?

  2. #2 Ulfi
    17. Februar 2016

    @schlappohr weil der Mond auch gleichzeitig sehr nahe am beobachter ist. Das heisst der Mond verdeckt einen großen teil des sichtfelds des beobachters, aber nicht einen großen Teil des Sterns.

    Bei den großen Distanzen hier ist die Sichtfeldbedeckung des Beobachters aber vernachlässiggbar.

  3. #3 schlappohr
    17. Februar 2016

    @Ulfi
    Ja, das verstehe ich. Aber ich glaube, das ist nur ein Teil des Problems.
    Beim nochmaligen Drübernachdenken ist es mir klar geworden. Man muss die Strahlungsdichte betrachten, die ist in Sternennähe viel größer, d.h. sozusagen mehr Lichtstrahlen pro Flächeneinheit. Ein Objekt in Sternennähe verdeckt daher mehr Lichtstrahlen als ein gleichgroßes entferntes Objekt. In großer Entfernung treffen schon weniger Lichtstrahlen auf den Planeten, was die Analyse der Atmosphäre erschwert.

  4. #4 hugo
    17. Februar 2016

    @schlappohr:
    Wenn der Planet von unserer Sicht aus exakt mittig vor dem Stern vorbeizieht, macht das tatsächlich keinen Sinn. Ich vermute daher, dass sich der Satz darauf bezieht, dass wir üblicherweise nicht solches Glück haben, also nicht direkt “von der Seite” auf ein Planetensystem blicken können. Und dann ist die Chance dass ein Planet komplett vor dem Stern vorbeizieht größer, wenn er näher an diesem dran ist.

  5. #5 Keinohr
    17. Februar 2016

    “Außerdem ist er seinem Stern sehr nahe und verdeckt dadurch mehr von dessen Licht als es ein weiter entfernter Planet tun würde.”

    Ja, da handelt es sich um einen Gedankenfehler. Der Satz stimmt nicht.

  6. #6 Florian Freistetter
    17. Februar 2016

    @schlappohr et al: Ja, das hab ich tatsächlich nicht so hingeschrieben, wie es sein sollte. Ich änder das mal…

  7. #7 Stefan K
    18. Februar 2016

    Ich finde es so unfassbar spannend und gleichzeitig überwältigend, was man alles “mit ein bisschen Licht” rausfinden kann. Wenn du schreibst, die Messgenauigkeit ist viel zu ungenau, besteht da die Chance, dass sich da in absehbarer Zeit etwas daran ändert, vielleicht durch dieses neue Weltraumteleskop, dass bald gestartet werden soll (James Webb glaub ich)?

  8. #8 Florian Freistetter
    18. Februar 2016

    @Stefan K: Ja, das JWST wird Atmosphären messen können, aber auch das EELT und das TMT. Die werden alle in den 2020er Jahren den Betrieb aufnehmen; da werden wir dann WIRKLICH viel neues erfahren.

  9. #9 Hendrik
    21. Februar 2016

    Der Planet braucht 18 Stunden für einen Umlauf, ist seinem Stern also sehr nahe… Bläst da nicht der Sternenwind die Atmosphäre evtl. weg, was auch die Linien evtl erklären würde?

  10. #10 W.F.D.
    Mainz
    24. Februar 2016

    Hallo ich bin eigentlich über einen anderen Artikel auf dich aufmerksam geworden. Blöde bist du nicht!!! Mein Respekt wie du deiner Community auf verständliche Art und mittels anschaulicher Beispiele versuchst zu erklären, wie das über Jahrhunderte entstandene und überlieferte Luftschloß (Weltbild/ Universum), zu verstehen ist. Meine Frage an dich persönlich: Wie schwer ist es für einen unbefleckten jungen Mann nach dem Abitur, der sich freiwillig dazu bereit erklärt und voller Euphorie sich auf den Weg macht, eines der anspruchsvollsten Studiengänge zu studieren, es kaum abwarten kann endlich alle Zusammenhänge ableiten zu können, wenn er heute, als erfolgreicher Physiker, zurück blickt? Ich meine solche begriffe wie Derivative works, Freedom of panorama, assume good faith, no fear declaration, Talk page guidelines, “Die Lach”-Order, Blocking policy, Page protection, Revision deletion and when to use the PD-Art tag, user specific galleries, grandfathered old files rule, File renaming… etc pp… Zu File Renaming was scheinbar besonders unter den Astrophysikern sehr populär und regelrecht täglich gelebt wird sei anhand eines Beispiels hier als letztes exemplarisch dargestellt: Im Januar 2016 entdeckt man den “Planeten 9” (Neuer Himmelskörper bringt frischen Schwung in alte Debatte oder man könnte auch sagen was sollen wir als Laien von solchen Aussagen halten?):
    2003 UB313 oder (136199) Eris oder MPO 359694 oder WIKIPEDIA “Because Eris appeared to be larger than Pluto, NASA initially described it as the Solar System’s tenth planet.”

    29.07.2005 NASA-Funded Scientists Discover Tenth Planet
    04.08.2005 “Der zehnte Planet – oder auch nicht – Wie definiert man einen Planeten? ”
    28.09.2009 F. Freecity: Warum es Planet X nicht geben kann
    Heidelberg 2012 Mike Brown: Wie ich Pluto (bisher Planet IX) zur Strecke brachte. Und warum er es nicht anders verdient hat. Springer

  11. #11 Captain E.
    24. Februar 2016

    Falls darin ein Sinn gelegen haben sollte, ist er mir zugegebenermaßen völlig entgangen.

  12. #12 RainerO
    24. Februar 2016

    @ W.F.D
    WTF!

  13. #13 W.F.D.
    Mainz
    25. Februar 2016

    Hallo Captain und WTF! Hieß WTF nicht noch gleich der “Halloween Asteroid”, der über Sri Lanka verglüht ist? Und noch im Jahr zuvor fast zu gleicher Zeit noch unter “The Beast” bekannt war…. wie er allerdings davor hieß weiss ich nicht … und davor auch ncht…. OK ich bin ein absoluter Laie und möchte es auch gerne bleiben…. ich bin also auf wissenschaftlichen Rat angewiesen wenn in meinem Umfeld plötzlich Themen aufkommen wie zB NASA veranstaltet eine Pressekonferenz zu einem potentiellen Impact und extra eine eigene Seite dafür eingerichtet oder habt ihr schon etwas von Planet X gehört oder wie denkt Ihr über den Quatsch bezügl. “Flat Earth” Theorie oder hört Ihr auch seit einigen Monaten dieses grollen in der Atmosphäre was 24 h am Tag stündlich mehrfach zu hören ist oder schon mal bei wolkenfreier Sicht in den NAchthimmel geblickt da stehen ca 5 Black Disk’s umgeben von einer partiellen Corona die seit Wochen an Intensität zunimmt und jetzt einen beachtlichen Flair ausgebildet hat? Dann musste ich bei solchen Themen bisher passen und versuchte halbwegs verständliche Infos im Internet recherchieren. Bei dieser Art der Informationsbeschaffung geht man auf dem Gebiet der Wissenchaft davon aus, dass sich auf diesem Gebiet im Internet verlässliche Expertisen und Lehrveranstaltungen finden lassen, die eine ehrliche und plausible Erklärung für derartige Verschwörungstheorien bereit halten, um derartige angstverbreitenden Gerüchte zu entkräften oder zu widerlegen. Leider bin ich zu dem Ergebnis gekommen, dass Ihr oder Leute wie Ihr RainerO und Capatain E. verantwortlich dafür seit, dass diese Verblendung weiter und weiter geht… Also seid ihr so borniert und wisst es tatsächlich nicht besser oder Ihr spielt euch hier als Admin’s auf, noch von dem PONR = Point OF NO Return noch weit entfernt oder ihr habt eure letzte Klausur verkackt und betreibt hier BFFC = BACKCRAWLER FISHING FOR COMPLIMENTS. Wegen Leuten wie Ihr es seid wenden sich normale Menschen von Seiten wie diesen ab so wie dieser Blogger, den ich zufällig auf der Suche nach den 12 Komentaren von RainerO zufällig gefunden habe… Ich nenne diese Form der Konversation bzw. derartige Feuerlöscher wie ihr es seid DCNS = DIGITAL COFFIN NAIL’S … Ihr beiden seid der Anlass dieses weiteren Eintrags und dem daraus resultieren Beitrag verprellter Blogger dieser Seit … Glückwunsch ihr TB’S = TIME BANDITS ;D http://scienceblogs.de/alles-was-fliegt/2010/10/29/in-eigener-sache-warum-ich-scienceblogs-verlasse/

  14. #14 Captain E.
    25. Februar 2016

    Aha, du willst hier also herum pöbeln und Leute beleidigen, die du noch nicht einmal kennst? Mensch, sag das doch gleich!

    Apropos: “Flat Earth” ist tatsächlich Quatsch, Planet X üblicherweise auch (es sei denn, es gäbe tatsächlich noch mindestens zwei weitere Planeten hinter Neptun). Ein unerklärliches Grollen am Himmel gibt es nicht (Straßen- oder Fluglärm oder Donner bei Gewitter wirst du ja sowieso kaum meinen) ebenso wie Koronas ausbildende “Black Disks”. Falls du persönlich tatsächlich solche Dinge wahrnehmen solltest, kann ich dir nur ganz dringend den Besuch von entsprechenden Fachärzten ans Herz legen. Mit derartigen Sinnestäuschungen ist nicht zu spaßen.

  15. #15 W.F.D.
    Mainz
    25. Februar 2016

    Es geschehen noch Wunder! Tief einsteigen will ich jetzt nicht wirklich in das Thema, weil ich tatsächlich glaube, hier eine vernünftige und ehrliche Antwort auf bereits erwähntes erhalten werde. Nur soviel, glauben wollte ich es auch nicht zuerst… aber mittlerweile zweifele ich so manches an, was mir in der Schule und der Uni an Wissen vermittelt worden ist. Ich halte es mit den Philosophen und habe glücklicherweise nie aufgehört meinen Verstand zu benutzen. Ich bin tatsächlich stolz darauf bereits in der Grundschule zu den Quärulanten und Aufmüpfigen Vertretern gehört zu haben. Deshalb habe ich mir nach Mitternacht im November in einer sternklaren Nacht einen Profifotografen kommen lassen und mit Ihm zwischen 24 Uhr und 2 Uhr morgens sein Stativ mit einer EOS und 500 mm Objektiv auf einer Anhöhe mit 360° Grad Blick über das Rhein Main Gebiet aufbauen lassen. Ohne Ihm den Hintergrund meines Ansinnens mitzuteilen, habe ich ihn gebeten alles was blinkt und sich anhört wie ein Flugzeug im Start- bzw Landeanflug auf den Frankfurter Flughafen (ca 20 Km Luftlinie entfernt – zur Erinnerung: nach Eintritt des Nachtflugverbots) ins Visier zu nehmen. Hier und da zeigte ich u.a. auch auf “Überflieger” die in weiter Höhe blinkend über uns flogen…. Wir trennten uns mit den Worten ruf an wenn du der Meinung bist es sind sehenswerte Aufnahmen dabei. Es waren rund 80 Aufnahmen. Eine Woche später habe ich einen verstörten Anruf erhalten mit der Bitte umgehend in seinem Atlier vorbei zu kommen… Ich konnte es nicht glauben 8 Aufnahmen waren gestochen scharf und zeigten unterschiedliche Objekte, die allerdings kein Flugzeug darstellten. Ich zog mir die Bilder auf einen Stick und fuhr direkt zum Vater eines alten Schulfreundes an den ich mich erinnerte. Er war Physikprofessor und ich zeigte ihm die Bilder und fragte ihn nach seiner Meinung. Ausserdem habe ich Kontakt mit dem DLR Darmstadt aufgenommen da diese das NEO Projekt betreuen. Ich kann dir versichern ich muss nicht zum Arzt und falls du tatsächlich das Fach Astrophysik oder ähnliches studierst und tatsächliche bei deiner Meinung bleiben solltest, werf Deine Lehrbücher weg oder Wechsel das Fachgebiet. Ich betone nochmal ich bin Laie Anfänger Spinner und Pöbler in einer Person aber ich habe einige interessante Dokumente auf manch einem Server entdeckt, diese bestätigen meine wildesten Theorien, da sind Verschwörungstheoretiker harmlos dagegen… Das macht mir nichts aus, denn die Beweise haben meinen Verstand befriedigt allerdings würde ich es noch gerne von der wissenschaftlichen Seite genauer verstehen. Deshalb bin ich über diese Seite gestolpert in der Hoffnung jemanden zu finden der mir die physikalischen Zusammenhänge offen darlegen kann mit anderen Worten ich Suche Eris nicht den Zwergplaneten oder Binärstern unserer Sonne sondern suche eine diskordianische Definition kurzum die Erleuchtung. Je verrückter um so geeigneter für die Wissenschaft, in diesem Team hätte ich auch gerne mitgesponnen ;D ESA VIDEO FILE : DG’S MEDIA BRIEF REPLAY (MIT ESA CHEF JAN WOERNER – WELCHE KANDIDATEN DIE RAUMFAHRT SUCHT)

  16. #16 Alderamin
    25. Februar 2016

    @Captain E.

    Akte X läuft wieder auf Pro 7… 😉

  17. #17 Paul
    25. Februar 2016

    @Captain E.

    Alles richtig, bis auf:

    … noch mindestens zwei weitere Planeten hinter Neptun

    Florian Freistetter:

    entgegen der populären Meinung stand das “X” hier nie für die Zahl 10 sondern immer – so wie in der Mathematik – ganz allgemein für etwas Unbekanntes

    aus: Die lange Suche nach Planet X (1781-1989): Neptun, Pluto und das vorläufige Ende

  18. #18 Zyfdnug
    25. Februar 2016

    W.F.D.: Ist doch ganz einfach
    1. Wer war der Fotograf?
    2. Wo sind die Bilder?
    Damit liesse sich was anfangen. Mit deinen Beiträgen so wie sie sind nicht.

    Z

  19. #19 Bullet
    25. Februar 2016

    schon mal bei wolkenfreier Sicht in den NAchthimmel geblickt da stehen ca 5 Black Disk’s umgeben von einer partiellen Corona die seit Wochen an Intensität zunimmt und jetzt einen beachtlichen Flair ausgebildet hat?

    Aua.

    Ich zog mir die Bilder auf einen Stick und […]

    Na denn: her damit.

  20. #20 Spritkopf
    25. Februar 2016

    Na denn: her damit.

    Link korrigiert.

  21. #21 Captain E.
    25. Februar 2016

    @Paul:

    Man kann “Planet X” natürlich auch so verstehen. Zurzeit wird bekanntlich ein neunter Planet weit draußen im Sonnensystem vermutet. Man bezeichnet diesen allerdings meistens als “Planet 9” oder eben “Planet IX”. Die Bezeichnung “Planet X” ist einerseits historisch zu sehen, andererseits leider auch als Synonym für den verrückten Planeten “Nibiru”, der trotz seiner Entfernung von der Sonne bewohnt sein soll und den seine Bahn angeblich alle paar tausend Jahre mit annähernder Lichtgeschwindigkeit ins Innere des Sonnensystems befördert. Da die Existenz von Nibiru extrem unwahrscheinlich ist und somit eine reine Spinnerei darstellt, ist der Name “Planet X” naturgemäß ziemlich “verbrannt”.