EXTRASOLARE PLANETEN
Gasriese verdampft um HD 209458
Redaktion
astronews.com
13. März 2003

Mit Hilfe des Hubble-Weltraumteleskops ist es Astronomen erstmals gelungen, das Verdampfen der Atmosphäre eines extrasolaren Planeten zu beobachten. Auf Dauer, so glauben die Forscher,  könnte ein großer Teil dieses Planeten verschwinden und lediglich ein dichter Kern zurückbleiben. Bei der fernen Welt handelt es sich um einen so genannten  "heißen Jupiter", also einen Gasriesen in sehr naher Umlaufbahn um seine Sonne. 

So stellen sich die Forscher das Szenario um den die 150 Lichtjahre entfernte Sonne HD 209458 vor.  Foto: ESA, Alfred Vidal-Madjar, NASA

Der Exoplanet mit der Bezeichnung HD 209458b umkreist seinen gelblichen, sonnenähnlichen Stern in "nur" sieben Millionen km Entfernung. Zum Vergleich: Jupiter, der nächste Gasriese in unserem Sonnensystem, ist 780 Millionen km von unserer Sonne entfernt. Für eine Umrundung seines Sterns benötigt er 3,5 Tage. Die jüngsten Beobachtungen mit dem gemeinsam von der ESA und der NASA betriebenen Hubble-Weltraumteleskop zeigen, dass der Planet von einer heißen, aufgeblähten und in den Weltraum entweichenden Wasserstoffatmosphäre umgeben ist. Wegen dieser riesigen Wasserstoffhülle gleicht der Planet einem Kometen, da er einen Schweif hinter sich herzieht. Auch die Erde hat eine ausgedehnte Atmosphäre, aus der Wasserstoffgas entweicht, aber die Verlustrate ist deutlich niedriger. Über ihre Entdeckung berichtete das hauptsächlich  europäische Team unter der Leitung von Alfred Vidal-Madjar (Institut für Astrophysik des CNRS in Paris) in der heute erscheinenden Ausgabe der Fachzeitschrift Nature. "Uns überraschte, dass sich die Wasserstoffatmosphäre dieses Planeten über 200.000 Kilometer erstreckt", so Vidal-Madjar.

Die Erforschung extrasolarer Planeten ist keine einfache Angelegenheit, vor allem wenn sie ihrem Zentralstern sehr nahe sind, weil in der Regel das Sternenlicht zu stark blendet. Auch in diesem Fall konnte Hubble den Planeten wegen seiner zu großen Nähe zu seinem Stern nicht direkt fotografieren. Die Astronomen konnten HD 209458b jedoch indirekt beobachten, da er jedes Mal, wenn er vor dem Stern vorbeizieht, das Licht eines kleinen Teils des Sterns verdeckt. Licht, das um den Planeten herum dessen Atmosphäre durchdringt, wird gestreut und erhält eine für diese Atmosphäre charakteristische Signatur. Vergleichbar ist dies mit dem Sonnenlicht, das die Erdatmosphäre bei Sonnenuntergang in schrägem Winkel durchdringt und dadurch rot erscheint. Mit Hilfe von Hubbles abbildendem Spektrographen (STIS) konnten die Astronomen messen, wie viel die Atmosphäre des Planeten aus den Lichtstrahlen des Sterns herausfiltert. Sie sahen einen überraschenden Abfall in der Wasserstoffemission des Sterns, wofür das Vorhandensein einer riesigen, aufgeblähten Atmosphäre die beste Erklärung ist.

Warum aber entweicht die Atmosphäre? Die äußere Atmosphäre des Planeten wird durch den nahen Stern so stark erhitzt und aufgebläht, dass sie beginnt, sich der Anziehungskraft des Planeten zu entziehen. Unter dem Einfluss der von dem Stern ausgehenden sengenden Hitze verdampft der Wasserstoff in der oberen Atmosphäre des Planeten. "Die Atmosphäre wird erhitzt, so dass der Wasserstoff sich der Anziehungskraft des Planeten entzieht und unter dem Druck des Sternenlichts zu einem breiten Schweif hinter dem Planeten aufgefächert wird, der dem eines Kometen ähnelt", erläutert Alain Lecavelier des Etangs vom Pariser Institut für Astrophysik. Die Astronomen schätzen, dass mindestens 10 000 Tonnen Wasserstoff pro Sekunde von HD 209458b entweichen, möglicherweise aber noch viel mehr. Der Planet könnte daher bereits einen recht großen Teil seiner Masse verloren haben.

HD 209458b gehört zu einer besonderen Art extrasolarer Planeten, die als "heiße Jupiter" bekannt sind. Diese Planeten umkreisen ihren Stern in gefährlicher Nähe. Es handelt sich um gasförmige Riesenplaneten, die sich wohl in den kalten Randregionen des Sternensystems gebildet und dann spiralförmig zu ihren nahen Umlaufbahnen hinbewegt haben. Diese neue Entdeckung könnte erklären helfen, warum heiße Jupiter ihr Zentralgestirn so oft in einem Abstand von wenigen Millionen Kilometern umlaufen. Sie kommen ihrem Stern selten näher als 7 Millionen Kilometer - die Entfernung im Fall von HD 209458b. Der kürzeste bekannte Abstand beträgt 5,7 Millionen Kilometer. Heiße Jupiter haben eine Umlaufzeit von höchstens drei Tagen. Vielleicht ist die Verdampfung der Atmosphäre eine mögliche Erklärung für die den Umlaufbahnen heißer Jupiter gesetzte innere Grenze.

HD 209458b hat einen 1,3 mal größeren Durchmesser als Jupiter und ein Drittel weniger Masse. Seine Umlaufbahn ist acht Mal kleiner als die Bahn des Merkur um die Sonne. Der Zentralstern ähnelt unserer Sonne und ist 150 Lichtjahre von der Erde entfernt. Mit dem Fernglas ist er im Sternbild Pegasus als Stern der siebten Größenklasse erkennbar. Er erlangte 1999 plötzlich astronomische Berühmtheit, als der extrasolare Planet HD 209458b vor ihm vorbeizog und ihn teilweise verdeckte. Damals konnte erstmals die Entdeckung eines vorbeiziehenden extrasolaren Planeten bestätigt werden (astronews.com berichtete). Im Jahr 2001 wurde dann mit dem Hubble-Teleskop im unteren Teil der Gashülle dieses Planeten das Element Natrium als erster Hinweis auf die Existenz einer Atmosphäre bei einem extrasolaren Planeten aufgespürt (astronews.com berichtete).