TITAN
Was Sonnenuntergänge über Exoplaneten verraten
von Stefan Deiters
astronews.com
2. Juni 2014

Der Saturnmond Titan und die Sonde Cassini helfen Astronomen bei der Auswertung von spektralen Untersuchungen der Atmosphären von extrasolaren Planeten. Beobachtungen ergaben nämlich, dass ein dunstiger Himmel entscheidende Auswirkungen darauf haben kann, welche Informationen wir aus der Ferne über einen Exoplaneten gewinnen können.

Titan-Beobachtungen der Sonde Cassini lieferten nun Hinweise zur Auswertung von Spektren von extrasolaren Planeten. Bild: NASA/JPL-Caltech

Extrasolare Planeten, also Planeten, die um andere Sonnen kreisen, hat man inzwischen in großer Zahl entdeckt. Doch wie sehen diese fernen Welten aus? Erste Hinweise dazu könnten spektrale Beobachtungen liefern, die allerdings nur möglich sind, wenn man das Licht der Exoplaneten direkt beobachten kann oder aber das Licht des Zentralsterns auf dem Weg zur Erde die Atmosphäre des Planeten durchläuft.

Dies ist bei Transitplaneten der Fall, wie man sie beispielsweise mit dem Weltraumteleskop Kepler entdeckt hat. Das Licht, das wir von diesen Welten empfangen, enthält also beispielsweise Informationen über den Aufbau und die Zusammensetzung der Atmosphären der fernen Planeten.

Doch wie zuverlässig verraten uns solche Beobachtungen etwas über die tatsächliche Beschaffenheit der Atmosphären dieser Welten? Um diese Frage beantworten zu können, hat Tyler Robinson vom Jet Propulsion Laboratory der NASA und sein Team nach einem "Modellexoplaneten" gesucht, bei dem sich ganz ähnliche Beobachtungen anstellen lassen, von dem man jedoch gleichzeitig aus anderer Quellen schon recht viel weiß.

Sie fanden ihn im Orbit um den Ringplaneten Saturn: den Mond Titan. Bei diesem beobachtet die Saturnsonde Cassini regelmäßig "Sonnenuntergänge", also das Verschwinden der Sonne hinter Titan. Auch dabei fällt das Licht durch die dichte Atmosphäre, die den größten Mond des Ringplaneten umgibt. "Es hat sich gezeigt, dass man eine ganze Menge von Sonnenuntergängen lernen kann", so Robinson.

Der Saturnmond Titan ist von Wolken und Dunstschleiern umgeben, so dass die Oberfläche vor den neugierigen Blicken der Forscher verborgen ist. Astronomen glauben, dass dies auch bei vielen extrasolaren Planeten der Fall sein dürfte. Von daher ist es wichtig zu wissen, wie Dunstschleier und Wolken die spektralen Beobachtungen beeinflussen können, die man von Transitplaneten durchführt.

"Bislang war man sich nicht darüber im Klaren, wie Dunst die Beobachtungen von Exoplaneten beeinflusst, die vor ihrer Sonne vorüberziehen", so Robinson. "Deswegen haben wir uns Titan angeschaut, eine dunstige Welt in unserem Sonnensystem, die von Cassini schon ausführlich untersucht worden ist."

Robinson und seine Kollegen haben vier Titan-Beobachtungen ausgewertet, die mit dem Visual and Infrared Mapping Spectrometer von Cassini zwischen 2006 und 2011 gemacht worden sind. Die Auswertung ergab, dass Dunst in der oberen Atmosphäre von extrasolaren Planeten einen erheblichen Einfluss darauf haben kann, was spektrale Beobachtungen über die Atmosphäre verraten können.

Auf Titan ließen sich beispielsweise wegen des Dunstes nur Informationen über den Bereich der Atmosphäre in einer Höhe von 150 bis 300 Kilometern über der Oberfläche gewinnen. Dies ist deutlich über dem Bereich der dicken und sehr komplexen Atmosphäre des Mondes, die vermutlich deutlich interessanter sein dürfte.

Außerdem stellten die Astronomen fest, dass der Dunst in der Titanatmosphäre offenbar kürzere, also "blauere" Wellenlängen stärker beeinflusst. Bislang war man bei Studien von extrasolaren Planetenatmosphären in der Regel davon ausgegangen, dass alle Wellenlängen in etwa gleichmäßig durch Dunst beeinflusst werden sollten. Offenbar ist dies jedoch nicht der Fall, wie das Beispiel des Saturnmondes zeigt.

"Man hat sich vorgestellt, wie sich Planeten bei Beobachtungen während eines Transits verhalten, aber Titan hat sich davon unbeeindruckt gezeigt", so Teammitglied Mark Marley vom Ames Research Center der NASA. "Was wir gesehen haben, sieht vollkommen anders aus als erwartet wurde. Der Grund dafür ist Dunst."

Über ihre Untersuchungen berichtet das Team in einem Fachartikel in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Science.