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Exoplaneten – Zweierlei Supererden

GJ1214 b

Ein internationales Astronomenteam unter Leitung des Astronomen David Charbonneau hat mit einem 3,6m Spiegelteleskop an der Europäischen Südsternwarte in La Silla, Chile einen extrasolaren Planeten gefunden, der zu großen Teilen aus Wasser besteht. Der Planet umkreist den 40 Lichtjahre entfernten roten Zwergstern GJ1214 (Spektraltyp M)in nur 38(!)Stunden. Mit 6,5 Erdmassen zählt der Exoplanet (GJ1214b) zur Klasse der sogenannten Supererden.

Die Supererde vor dem roten Zwergstern GJ1214. Quelle: http://www.eso.org/public/news/eso0950/#3

Supererden haben definitionsgemäß eine Masse, welche größer ist als die der Erde und deutlich kleiner als die des Neptuns (18 Erdmassen). Die Entdeckung gelang auf zwei voneinander unabhängigen Wegen: Zum einen wurde der Exoplanet mit der Transitmethode im Rahmen des MEarth-Projektes mit 8 kleinen Teleskopen (Spiegeldurchmesser 40cm) auf dem Mount Hopkins, Arizona (USA) aufgespürt. Der Transit (Vorübergang) eines Planeten führt zu einer winzigen Helligkeitsabnahme des betroffenen Sterns, die durch ein Teleskop gemessen werden kann. Die Methode erlaubt die Bestimmung der Größe (Volumen) und der Umlaufzeit des Exoplaneten. Zum anderen bestätigten die Wissenschaftler mit dem HARPs-Spektrographen der Europäischen Südsternwarte (European Southern Observatory, ESO) nach der Doppler-Methode auf indirekte Weise den Planetenfund und bestimmten Masse und wiederum auch die Umlaufzeit des Exoplaneten.

Das La Silla Observatory liegt in 2400m Höhe rund 600km nördlich von Santiago de Chile. Quelle: http://www.eso.org/

Da man sowohl die Masse als auch das Volumen des Exoplaneten messen konnte und damit auch die Dichte kannte, war es den Wissenschaftlern möglich, anhand von Modellen etwas über den inneren Aufbaudie des Planeten auszusagen. Danach besteht der Exoplanet zu 1/4 aus Gestein und Eisen und zu 3/4 aus Wasser bzw. Eis. Der gemessene Durchmesser ist aber größer als nach dem Planetenmodell zu erwarten. Daraus schließen die Wissenschaftler auf eine rund 200km dicke Atmosphäre. Wegen der großen Nähe zu seinem Stern gehen die Wissenschaftler von einer Oberflächentemperatur von etwa 200°C aus. Der ganze Planet dürfte mit einem mehrere hundert Kilometer tiefen Ozean bedeckt sein. Die mächtige Atmosphäre sorgt für einen ausreichend hohen Luftdruck, um das Wasser auch bei 200°C noch flüssig zu halten. Der Exoplanet würde damit zu der theoretisch vorhergesagten Klassse der Wasserwelten gehören. Diese entstehen nach den Modellvorstellungen immer dann, wenn größerere Planeten, die sich jenseits der „Schneegrenze“ (Stichwort Exoplaneten, s.u.) gebildet haben und daher neben Gestein auch sehr viel Eis enthalten durch die protoplanetare Scheibe abgebremst werden und nach innen wandern. Die verstärkte Wärmezufuhr durch den Stern lässt dann das Eis schmelzen, so daß sich ein globaler Ozean bildet.

CoRot 7b

Die neugefundene Supererde unterscheidet sich als Wasserplanet sehr deutlich von der ersten Supererde (CoRot 7b), welche das Wissenschaftlerteam um David Charbonneau bereits im Februar 2009 entdeckt hatte.

Der Astronom und Planetenjäger David Charbonneau, Harvard University,Cambridge, Massachusetts (USA). Quelle: http://www.nsf.gov/

Auch damals kombinierte man die Transit- und Dopplermethode. Allerdings wurde der Transit des Exoplaneten nicht durch ein erdgebundenes Teleskop gemessen, sondern durch den allein zu diesem Zweck gestartete europäische Weltraumteleskop CoRot. Der 4,8 Erdmassen schwere Exoplanet CoRot 7b umkreist einen 500 Lichtjahre entfernten sonnenähnlichen Stern (Spektraltyp G) auf einer engen Umlaufbahn in nur etwas mehr als 20 Stunden. Die Dichtebestimmung ergab einen Wert, der etwas oberhalb von dem der Erde liegt. CoRot 7b ist damit definitiv ein echter Gesteinsplanet mit einem Eisenkern. Wegen der extremen Nähe zu seinem Stern ist die Planetenoberfläche bei Temperaturen um 1000°C höchstwahrscheinlich zu großen Teilen aufgeschmolzen.

Die felsige mit Lavaseen bedeckte Superede CoRot 7b. Quelle: http://www.eso.org/public/news/eso0933/

Die Atmosphäre besteht wahrscheinlich vor allem aus Natrium, Kalium, Siliziummonoxid und Sauerstoff. Die extrem hohen Oberflächentemperaturen lassen aber auch Anteile des verflüssigten Gesteins verdampfen. In höheren, „kühleren“ Atmosphärenschichten kondensieren diese Anteile wieder, und es bilden sich Wolken und „Regentropfen“ aus Kieselsteinen. Im September 2009 wurde mit der Doppler-Methode noch ein zweiter Planet (CoRot 7c) mit 8 Erdmassen und einer Umlaufzeit von 3 Tagen und 17 Stunden entdeckt.

Quellen: http://www.eso.org/,  Wikipedia

Jens Christian Heuer

Stichworte: Exoplaneten, Sterntypen -> Kleines Lexikon Astronomie

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