Max-Planck-Institut für Astronomie - Jahresbericht 2007

II.4 Erstes kalibriertes Spektrum eines extrasolaren Planeten
Nach dem indirekten Nachweis eines extrasolaren
Planeten im Jahre 1995 tauchte bei den Astronomen umgehend
der Wunsch auf, weitere dieser Himmelskörper
zu entdecken und diese dann spektroskopisch zu untersuchen,
um so die Zusammensetzung ihrer Atmosphären
zu ermitteln. Wegen des enormen Helligkeitskontrastes
zwischen Stern und Planet und ihres sehr geringen
gegenseitigen Abstandes ist dieses Unterfangen jedoch
extrem schwierig und liegt in fast allen Fällen jenseits
des technisch Möglichen. Einem Astronomenteam
um Mark Swain vom Jet Propulsion Laboratory und
Jeroen Bouwman vom MPIA ist es nun gelungen, von
dem Exoplaneten HD 209458b ein Spektrum im mittleren
Infrarot zu gewinnen. Es ist das erste Spektrum
eines Planeten überhaupt, das den Strahlungsfluss in
absoluten Einheiten liefert. Diese Daten lassen bereits
einige vorsichtige Schlüsse über die Atmosphäre dieses
»Heißen Jupiter« zu.
Da die Bilder des Sterns und seines Planeten praktisch
zusammenfallen, überlagern sich auch deren Spektren.
Man muss sie mit Hilfe trickreicher Techniken voneinander
trennen, um Informationen über den Planeten zu
erhalten. Hierfür gibt es drei Methoden, die alle nur bei
sogenannten Transitplaneten anwendbar sind. Das sind
Abb. II.4.1: Schema der Methode der sekundären Bedeckung.
Man nimmt Spektren auf, während der Planet auf dem Weg
zum hinteren Transit ist und seine heiße Seite der Erde zukehrt.
Diese Spektren enthalten das Licht von (Stern Planet). Dann
nimmt man ein reines Sternspektren auf, während sich der
Planet hinter dem Stern befindet. Die Differenz der beiden
Spektren liefert das Planetenspektrum. (Grafik: Na s a)
Stern + Planet
Gemeinsames Spektrum
Stern
Spektrum des Sterns
Extraktion des Spektrums eines Planeten
Systeme, bei denen wir zufällig genau auf die Kante der
Bahnebene schauen, so dass der Planet bei jedem Umlauf
von der Erde aus gesehen vor dem Stern vorbeizieht und
später hinter ihm verschwindet. Diese Geometrie ermöglicht
drei Beobachtungsmoden.
Spektroskopische Methoden für Exoplaneten
Erstens die Reflexionsmethode: Ein Planet oder dessen
Atmosphäre reflektiert das Sternenlicht. Ein Teleskop
empfängt also sowohl das direkte Licht des Sterns als
auch das vom Planeten reflektierte Licht. Wenn der
Planet hinter dem Stern verschwindet, empfängt es nur
noch das Sternenlicht. Zieht man nun im Computer vom
Spektrum von Stern plus Planet das reine Sternenspektrum
ab, so erhält man das Planetenspektrum. Dieses kann
Absorptionslinien von Elementen der Planetenatmosphäre
enthalten. Alle bisherigen Versuche dieser Art haben jedoch
keine eindeutigen Ergebnisse geliefert.
Zweitens die Transmissionsmethode: Wenn der Planet
vor dem Stern vorbeizieht, durchquert ein Teil des
Sternenlichts die Atmosphäre des Planeten. Es enthält
deshalb spektroskopische Informationen über die chemische
Zusammensetzung seiner Gashülle. Um diese
aus dem Gesamtspektrum zu extrahieren, nimmt
man zwei Serien von Spektren auf: die eine kurz vor
dem Vorbeizug des Planeten vor dem Stern (der primären
Bedeckung) – sie enthält die Sternstrahlung sowie
mögliche thermische Emission von der Nachtseite
des Planeten; die zweite Serie nimmt man während der
Transitphase auf. Bildet man die Differenz dieser beiden
Spektren, so können Absorptionslinien von Ele men-
Planet
Spektrum des Planeten
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