Movie of Exoplanets orbiting their Star HR 8799


Watching exoplanets orbiting their star HR8799 129 light-years away in constellation Pegasus. Starlight is dimmed out. Otherwise the star would outshine its much tinier and fainter planets. Movie was made by astronomers of the interdisciplinary scientific network NExSS (Nexus for Exoplanet System Science) from pictures taken over 7 years with Keck Observatory in Hawai. 
The innermost of the four visible exoplanets (all Jupiter-like but more massive) has on orbital period of about 40 years, outermost of about 400 years. There may exist additional planets in the inner zone of this planetary system but to small to be visible so far.

Movie of the orbiting exoplanets of HR8799 could become a landmark in history of astronomy. Maybe like the 4 large moons orbiting Jupiter first watched by Galileo Galilei with his small home-made telescope in the beginning of 17th century. For the first time the Heliocentric model of our solar system became lively conceivable. The Jupiter system with the four orbiting Galilean moons worked the same way like our solar system with the planets orbiting the Sun.

Jens Christian Heuer 

Erdähnliche Planeten bei Trappist 1

Bei dem Roten Zwergstern Trappist 1 wurde ein ganzes Planetensystem mit erdähnlichen Planeten gefunden.

Bei dem 39 Lichtjahre entfernten roten Zwergstern Trappist 1 wurde ein Planetensystem mit 7 erdähnlichen Planeten entdeckt. Die Planeten haben sind erdgroß, etwas kleiner oder etwas größer. Alle Planeten sind ihrer Sonne sehr nahe, das ganze Planetensystem würde in die Umlaufbahn des Planeten Merkur passen, der sonnennächste Planet unseres Sonnensystems. Um es anschaulich zu machen: Trappist ist kaum größer als der Planet Jupiter unseres Sonnensystems (aber deutlich massereicher). Das ganze Planetensystem um Trappist 1 ist in etwa so ausgedehnt System der Jupitermonde. 

Da Trappist 1 als roter Zwergstern verglichen mit unserer Sonne nicht nur deutlich kleiner ist sondern auch viel schwächer leuchtet, liegt die habitable Zone – der Abstandsbereich in dem lebensfreundliche Temperaturen möglich sind – sehr nah am Stern. Drei der sieben Planeten bewegen sich in dieser habitablen Zone, es könnte dort also flüssiges Wasser geben und damit vielleicht auch Leben. 

Das Planetensystem um Trappist 1 wurde durch ein internationales Astronomenteam mit Hilfe der Weltraumteleskope Hubble und Spitzner (ein Infrarotteleskop) und erdgebundenen Teleskopen (u.a. das Very Large Telescope am European Southern Observatory in Chile) entdeckt. Dabei kamen zwei Methoden zum Einsatz:

1) Transit-Methode
Immer wenn ein Planet aus Sicht des beobachtenden Teleskops auf seiner Bahn um den Stern vor der Sternscheibe vorüberzieht (Planetentransit) kommt es zu einer winzigen Abschattung und damit Helligkeitsabnahme des Sterns. In der Lichtkurve zeigt sich diese Helligkeitsabnahme in einem Delle nach unten. Aus der Periode mit der sich eine solche Helligkeitsabnahme wiederholt folgt die Umlaufzeit und nach den Keplerschen Gesetzen auch der Abstand des Planeten von seinem Stern. Das Ausmaß der Helligkeitsabnahme lässt Rückschlüsse auf die Größe des Planeten zu. 

2) Doppler-Methode: 

In einem Planetensystem wirkt nicht nur die Schwerkraft des Sterns auf den ihn umlaufenden Planeten, sondern auch umgekehrt. Deshalb bewegen sich beide Himmelskörper um ihren gemeinsamen Schwerpunkt, der allerdings immer innerhalb des Sternes liegt, da dieser viel schwerer ist als der Planet. Die Bahn des Sternes erscheint von außen nur als leichtes Wackeln, spiegelt aber trotzdem im Kleinen die viel größere Umlaufbahn des Planeten wider. Die Schwierigkeit liegt nun darin, aus einer so großen Entfernung die außerordentlich geringe Bewegung des Sterns zu messen. Eine Möglichkeit ist die spektroskopische Untersuchung des Sternenlichtes unter Nutzung des Doppler-Effekts. 

Wenn sich der Stern beim Herumwackeln einmal in Richtung Erde und dann wieder von ihr weg bewegt, werden die von ihm ausgesandten Lichtwellen abwechselnd ein wenig zusammen und wieder auseinander gezogen. Die Lichtwellen verschieben sich erst zum blauen (kurzwelligen) und dann zum roten (langwelligen) Ende des Spektrums (Doppler-Effekt). Aus dieser periodischen Dopplerverschiebung des Lichts können die Astronomen die Bahn des Sterns ermitteln und daraus mit den Newtonschen Gesetzen Masse, Umlaufzeit und den Abstand des Planeten von seinem Stern, ja sogar die Form der Umlaufbahn (kreisförmig oder elliptisch) bestimmen.

Mit der Transitmethode bestimmte man also Umlaufzeiten und Größe (Durchmesser) der Planeten, mit der Dopplermethode Umlaufzeiten und Massen. 
Da man sowohl Größe (und damit auch Volumen) als Massen der Planeten ermittelt hatte, konnte man auch die Dichten ableiten. 

Alle Planeten sind danach Felsplaneten. Zwei der Planeten haben aber eine um 1/3 geringere Dichte als die Erde. Entweder fehlt ein Eisenkern oder es gibt sehr viel Wasser dort und es handelt sich um Welten mit einem globalen Ozean.

Als nächstes wollen die Wissenschaftler versuchen, die Planeten spektroskopisch näher zu untersuchen. Sollte man Atmosphären finden, die Sauerstoff und Methan enthalten – wie die der Erde – so wäre das ein deutlicher Hinweis auf Leben. Beide Gase reagieren miteinander, können also nicht lange koexistieren. Freier Sauerstoff reagiert zudem mit eisenhaltigen Gesteinen und es bildet sich rotes Eisenoxid (Rost). Findet man die beiden Gase Sauerstoff und Methan dennoch, dann müssen sie ständig nachproduziert werden. Das ist über längere Zeit wohl nur biologisch möglich, so wie auf der Erde. Den Sauerstoff liefert die Fotosynthese der Pflanzen, das Methan ist ein Stoffwechselprodukt bestimmter Bakterien. 

Jens Christian Heuer
Quelle: NASA