Und sie kommen zu dem Schluss, dass wir durchaus zuversichtlich sein können. Hier ist ein Beispiel der Simulationen für einen erdähnlichen Planeten in knapp 33 Lichtjahren Entfernung:

Das Bild zeigt die Wellenlänge des Lichts auf der x-Achse und ein Maß für seine Absorption auf der y-Achse. Die blaue Linie zeigt den Normalfall ohne Vulkanismus an. Die grüne Linie würde man messen, wenn auf dem Planeten ein Vulkanausbruch stattfinden würde, der der Eruption des russischen Sarytschew-Vulkans im Jahr 2009 entsprechen würde. Das war ein vergleichsweise kleiner Ausbruch, was man auch am geringen Unterschied zwischen blauer und grüner Linie erkennt. Wesentlich stärker war der Ausbruch des Pinatubo im Jahr 1991, dessen Effekt auf die Atmosphäre mit der roten Linie angezeigt wird.

Ein solcher Vulkanausbruch, so das Fazit der Astronomen, wäre mit den neuen Instrumenten auf jeden Fall detektierbar und das sogar schon nach relativ wenigen Beobachtungen. Kleinere Eruptionen wie beim Sarytschew dagegen liegen auch in Zukunft in der Nähe des technisch gerade noch messbaren. Wenn es also auf extrasolaren Planeten größere Vulkanausbrüche gibt, dann können wir das feststellen! Natürlich muss man dann auch mit anderen Beobachtungen sicherstellen, dass man keinen anderen Effekt gesehen hat (Staubstürme zum Beispiel oder einen Asteroideneinschlag). Aber die Detektion einer solchen vulkanischen Signatur könnte ein weiterer wichtiger “Biomarker” sein, also ein Hinweis auf die Existenz von Leben bzw. lebensfreundlicher Bedingungen.

Noch ist das alles nur eine Simulation in einem Computer. Aber wer weiß, was uns die Realität bringen wird, wenn die neuen Teleskope erst fertig sind! Instrumente dieser Größenordnung hat es bis jetzt noch nie gegeben. Wir werden einen völlig neuen Blick auf das Universum haben. Und neben vielen anderen Dingen vielleicht auch ein paar extrasolare Vulkane sehen können…

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Kommentare (8)

  1. #1 Alderamin
    30. April 2015

    @Florian

    Was sagt mir denn die seltsame Einheit “Effective Absorbing Radius (km)” an der y-Achse? Hätte eher eine Prozent- oder Anteilsgewichtung relativ zum normalen Spektrum erwartet.

  2. #2 Florian Freistetter
    30. April 2015

    @Alderamin: Ich kann es nicht sicher sagen, aber ich denke, das ist der Radius des Planeten, den man während eines Transits bestimmen würde. Je nach Menge der Vulkanischen Gase und je nach Wellenlänge kriegt man da ein anderes Ergebnis.

  3. #3 Alderamin
    30. April 2015

    @Florian

    Macht Sinn.

  4. #4 phunc
    30. April 2015

    Aus dem hier diskutierten Paper:
    “As sulfate aerosol abundance increases, the atmosphere becomes more opaque in transit transmission, resulting in higher effective absorbing radii.”

    “This figure shows that the mean effective radius of the atmosphere increases as the aerosol optical depth
    (normalized to background levels) increases. This is because for higher aerosol optical depths, the atmosphere becomes more opaque and is absorbing a great quantity of light.”

    Aus einem anderen Paper:
    “Taken as the planet transits its host star, transit spectroscopy measures the absorption of stellar light by the upper limbs of the planetary atmosphere yielding a wavelength-dependent radius for the planet (Seager et al. 2000). […] The variation in opacity with wavelength can cause the planet to vary in absorption radius by ≈ 5h, where h is the atmospheric scale height, leading to depth variations on the order of 10Rph/R∗ 2 ≈0.1% for 5h ≈ 3500 km, Rp ≈ RJ , and R∗ ≈ R⊙.”
    (doi:10.1017/S1743921311028328)

    Ich glaube Florians Erklärung entspricht genau dem. Ich verstehs aber trotzdem nicht so ganz. Mir bereitet vor allem der Begriff “absorbing radius” Schwierigkeiten, da ich nicht ganz verstehe was man damit meint.

    Was ich aus dem Diagramm lesen kann:

    1) Background: unterschiedliche Wellenlängen des Lichts werden unterschiedlich stark absorbiert, z.B. absorbiert die Atmosphäre vor allem Strahlung im Wellenlängenbereich 400-700 nm, dann bisschen was bei 2 µm (NIR), etwas mehr bei 2.6-2.8 µm (NIR), dann nochmal ordentlich bei 4.2-4.5 µm (MIR) und letztlich noch bei 4.8 µm (MIR). Die Strahlung der dazwischenliegenden Wellenlängenbereiche wird kaum absorbiert, d.h. diese Strahlung wird größtenteils reflektiert (und könnte mit entsprechenden Instrumenten beobachtet werden?).

    2) Pinatubo: kommt es zu einer Eruption, wird die Atmosphäre mit bestimmten Molekülen angereichert, die vor allem im Bereich 1-2 µm und 3-4 µm absorbieren, d.h. diese Verbindungen + Atmosphäre absorbieren nahezu im gesamten sichtbaren sowie IR-Bereich. Macht Sinn, denn je mehr Moleküle in der Atmosphäre desto höher die Wahrscheinlichkeit dass Strahlung mit Elektronen wechselwirken kann.

    Meine “Vermutung” bzgl Absorptions-Radius: manche Wellenlängenbereiche werden bereits in höher gelegenen Atmosphärenschichten absorbiert (40-60 km), wohingegen manche Wellenlängenbereiche in diesen Atmosphärenschichten nicht mit den dort vorliegenden Molekülen wechselwirken und stattdessen “tiefer” in die Atmosphäre eindringen und erst weiter “unten” (30-40 km) mit “anderen” Molekülen wechselwirken, wodurch es zur Absorption kommt.

    Bei einer sauberen Atmosphäre gelangt manche Strahlung sogar noch näher an die Planetenoberfläche, zB 10-20 km und erst hier kommt es zu Wechselwirkungen (und Absorption) weil nur in dieser Atmosphärenschicht entsprechende Moleküle vorliegen die die Strahlung dieser Wellenlänge absorbieren.

    Kommen durch den Vulkanausbruch zusätzlich Moleküle in die Atmosphäre, werden bestimmte Wellenlängenbereiche schon viel “früher” (weiter oben) absorbiert, weil diese Moleküle durch Eruption, Wind, etc in diese oberen Schichten gelangen.

    Ist das soweit richtig?

  5. #5 Florian Freistetter
    30. April 2015

    @phunc: “Ist das soweit richtig?”

    Ich bin auf dem Gebiet kein Experte, aber ich denke: Ja.

  6. #6 Lutz Donnerhacke
    1. Mai 2015

    Da gerade von Vulkanen die Rede ist. Wie haben sich denn die Ausbrüche des Calbuco in Chile (der letzte Ausbruch war heute) auf die Beobachtungen der Südsternwarte ausgewirkt?

  7. #7 Rolf Froböse
    1. Mai 2015

    Sehr interessanter Artikel. Allerdings ist Vulkanismus allein noch kein überzeugender Biomarker (vgl. Frühphasen von Venus und Mars). Ein echter Biomarker wäre der Nachweis großflächiger Feuer durch die Verbrennung von Biomasse. Meine Frage: Gibt es hierzu analoge Untersuchungen? Wie steht es in naher Zukunft mit der Chance, extrasolare Waldbrände zu detektieren?

  8. […] letzte Woche habe ich über die Suche nach Vulkanismus auf extrasolaren Planeten berichtet. Dabei ging es um die […]