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Erstes privates Weltraumteleskop soll Gasriesen im reflektierten Sternenlicht enthüllen
Direkte Aufnahmen ferner Planeten erfassen bislang vor allem ihre Wärmestrahlung. Für das geplante Weltraumteleskop Lazuli haben Astronomen nun 27 bereits bekannte Gasriesen ausgewählt, deren reflektiertes Sternenlicht möglicherweise direkt messbar wäre. Dadurch könnten auch kühlere und ältere Exoplaneten näher untersucht werden. Noch handelt es sich allerdings um Vorschläge für künftige Beobachtungen.
Ann Arbor (U.S.A.). Astronomen können Exoplaneten meist nur indirekt nachweisen, beispielsweise über die periodische Verdunkelung ihres Sterns oder dessen Bewegungen. Direkte Bilder gelingen vor allem bei großen, jungen Planeten, die noch genug Eigenwärme abgeben, um sich von ihrem hellen Zentralstern abzuheben. Auch einzelne kühlere Gasriesen wurden bereits fotografiert, doch mit zunehmendem Alter lässt ihre Wärmestrahlung nach.
Eine Alternative ist das von der Planetenatmosphäre zurückgeworfene Sternenlicht. Dieses Signal ist jedoch extrem schwach, weil der Stern seinen Planeten um ein Vielfaches überstrahlt. Ein Koronograf kann das Licht des Sterns gezielt unterdrücken und dadurch einen schwachen Begleiter sichtbar machen. Ob dies gelingt, hängt auch vom scheinbaren Abstand beider Himmelskörper und von der Position des Planeten auf seiner Umlaufbahn ab.
Forscher der University of Michigan (U-M) um Dr. Logan A. Pearce haben deshalb 27 bereits bekannte Exoplaneten als mögliche Beobachtungsziele ausgewählt. Die Liste ist für den ExtraSolar Coronagraph (ESC) des privat finanzierten, noch geplanten Weltraumteleskops Lazuli gedacht. Sie beschreibt eine erste wissenschaftliche Vorauswahl, kein fest beschlossenes Beobachtungsprogramm.
Als Ausgangspunkt dienten dem Team veröffentlichte Angaben über Exoplaneten und ihre Zentralsterne, vor allem aus dem NASA Exoplanet Archive. In die Auswahl gingen unter anderem die Helligkeit der Sterne, die bekannten Bahneigenschaften und die erwarteten Helligkeitsunterschiede zwischen Stern und Planet ein. Besonders interessant sind Welten, die während eines größeren Teils ihrer Umlaufbahn weit genug neben ihrem Stern erscheinen und voraussichtlich genügend Licht reflektieren.
Bei vielen Planeten ist die Neigung der Umlaufbahn noch unzureichend bestimmt. Die Forscher haben deshalb verschiedene mögliche Blickwinkel und unterschiedliche Reflexionsgrade der Atmosphären durchgerechnet. Aus diesen Abschätzungen entstanden mehrere Prioritätsgruppen mit zusammen 27 Gasriesen. Zu den aussichtsreichen Kandidaten gehören 14 Herculis b, GJ 832 b und Beta Pictoris b.
Im Unterschied zur eigenen Wärmestrahlung eines Planeten nimmt das von ihm reflektierte Sternenlicht nicht einfach mit dem Alter des Planeten ab. Der neue Ansatz könnte deshalb Himmelskörper erfassen, deren Restwärme für bisherige direkte Aufnahmen zu schwach ist. Aus der Helligkeit und dem Spektrum des zurückgeworfenen Lichts ließen sich möglicherweise Eigenschaften ihrer Atmosphären ableiten, etwa die Zusammensetzung und der Einfluss von Wolken.
Lazuli soll dazu einen Hauptspiegel von rund drei Metern Durchmesser und einen speziell für die Beobachtung von Gasriesen entwickelten Koronografen erhalten. Einige der vorgeschlagenen Ziele könnten auch von anderen Instrumenten untersucht werden, darunter dem Koronografen des Nancy-Grace-Roman-Weltraumteleskops und dem Infrarotinstrument METIS des Extremely Large Telescope. Solche ergänzenden Aufnahmen würden unterschiedliche Eigenschaften derselben Planeten zugänglich machen.
Die Chancen hängen allerdings von den tatsächlichen Bahnen und der bislang kaum bekannten Reflexionsfähigkeit der Planeten ab. Mehrere Kandidaten wären nach den Berechnungen nur dann erreichbar, wenn der Lazuli-Koronograf seinen angestrebten erweiterten Beobachtungsbereich tatsächlich erreicht. Hinzu kommt, dass die schwachen Lichtsignale Belichtungszeiten von vielen Stunden erforderlich machen könnten, während die Planeten auf ihren Bahnen weiterwandern.
Genauere Bahndaten aus künftigen astrometrischen Messungen und Beobac