Exoplaneten

Diese künstlerische Darstellung zeigt eine dramatische Nahaufnahme des extrasolaren Planeten XO-1b, der vor einem sonnenähnlichen Stern vorbeizieht, der 600 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Der jupitergroße Planet befindet sich in einer engen viertägigen Umlaufbahn um den Stern.

Bild: NASA, ESA and G. Bacon (STScI)

Diese Illustration zeigt den neu entdeckten Planeten Fomalhaut b, der seine Sonne Fomalhaut umkreist. Fomalhaut b ist von einer Struktur umgeben, die hauptsächlich aus braunen und goldenen Farben besteht. Diese Struktur ist ein Saturn-ähnlicher Ring, der laut Astronomen den Planeten umgeben könnte. Fomalhaut ist ebenfalls von einem Ring aus Material umgeben. Der Rand dieser riesigen Scheibe ist im Hintergrund als wolkenartiges Merkmal zu sehen, das den 200 Millionen Jahre alten Stern zu durchschneiden scheint. Fomalhaut b liegt 1,8 Milliarden Meilen innerhalb des inneren Rands der Scheibe. Der Planet vollendet alle 872 Jahre einen Umlauf um Fomalhaut.

Bild: ESA, NASA, and L. Calcada (ESO for STScI)

Diese künstlerische Darstellung zeigt das uns am nächsten gelegene bekannte Planetensystem, Epsilon Eridani genannt. Beobachtungen des Spitzer-Weltraumteleskops der NASA zeigen, dass das System zwei Asteroidengürtel beherbergt, zusätzlich zu den bereits identifizierten Planetenanwärtern und einem äußeren Kometenring.

Epsilon Eridani befindet sich in etwa 10 Lichtjahren Entfernung im Sternbild Eridanus. Er ist am Nachthimmel mit dem bloßen Auge sichtbar.

Der innere Asteroidengürtel des Systems erscheint als gelblicher Ring um den Stern, während der äußere Asteroidengürtel im Vordergrund zu sehen ist. Der äußerste Kometenring ist zu weit entfernt, um in dieser Ansicht zu sehen zu sein, aber Kometen, die von ihm ausgehen, sind in der oberen rechten Ecke zu sehen.

Bild: NASA/JPL-Caltech

Dieses künstlerische Konzept zeigt ein enges Sternenpaar und eine umgebende Staubscheibe - höchstwahrscheinlich die zertrümmerten Überreste von Planetenkollisionen. Mit Hilfe des Spitzer-Weltraumteleskops der NASA fanden die Wissenschaftler staubige Beweise für solche Kollisionen um drei Gruppen von stellaren Zwillingen (eine Klasse von Sternen, die RS Canum Venaticorum oder kurz RS CVns genannt wird). Die Sterne, die in Bezug auf Masse und Alter unserer Sonne ähnlich sind, kreisen sehr eng umeinander. Sie sind nur zwei Prozent der Entfernung Erde-Sonne voneinander entfernt. Mit der Zeit kommen sie sich immer näher, bis die Gravitationsharmonie im System aus den Fugen gerät. Man nimmt an, dass planetare Körper – Planeten, Asteroiden und Kometen – aus ihren stabilen Bahnen ausbrechen und zusammenstoßen.

Bild: NASA/JPL-Caltech/Harvard-Smithsonian CfA

Der Exoplanet WASP-107b ist einer der Planeten mit der geringsten bekannten Dichte. Der Planet ist etwa so groß wie der Jupiter, hat aber nur 12 Prozent der Masse des Jupiters. Der Exoplanet ist etwa 200 Lichtjahre von der Erde entfernt und benötigt weniger als sechs Tage, um seinen Wirtsstern zu umkreisen. Mit Hilfe der Infrarotspektroskopie konnten Wissenschaftler mit dem Hubble-Weltraumteleskop der NASA Helium in der entweichenden Atmosphäre des Planeten nachweisen – der erste Nachweis dieses Elements in der Atmosphäre eines Exoplaneten.

Bild: ESA/Hubble, NASA, and M. Kornmesser

Diese künstlerische Darstellung zeigt eine Draufsicht auf die Bahnpositionen der Planeten in Systemen mit mehreren Planeten, die von der Kepler-Mission der NASA entdeckt wurden. Alle farbigen Planeten sind verifiziert worden. Lebhaftere Farben zeigen Planeten an, die durch ihre gravitativen Wechselwirkungen untereinander oder mit dem Stern bestätigt wurden. Mehrere dieser Systeme enthalten zusätzliche Planetenkandidaten (in grau dargestellt), die noch nicht verifiziert wurden.

Bild: NASA/Ames/UC Santa Cruz

Diese Illustration zeigt die ungewöhnliche Umlaufbahn des Planeten Kepler-413b um ein nahe beieinander liegendes Paar von orangen und roten Zwergsternen. Die 66-tägige Umlaufbahn des Planeten ist um 2,5 Grad gegenüber der Ebene der Umlaufbahn der Doppelsterne geneigt. Die Umlaufbahn des Planeten wackelt in 11 Jahren um die Zentralsterne, ein Effekt, der als Präzession bezeichnet wird. Dieser Planet ist auch insofern sehr ungewöhnlich, als dass er sich möglicherweise wild um seine Drehachse drehen kann, ähnlich wie ein Kinderkreisel.

Die Neigung der Rotationsachse des Planeten kann innerhalb von 11 Jahren um bis zu 30 Grad schwanken, was vermutlich zu den schnellen und unregelmäßigen Veränderungen der Jahreszeiten auf dem Planeten und den dazugehörigen großen Monden führt, die dort möglicherweise existieren.

Bild: NASA/ESA/STScI

Diese künstlerische Darstellung erschien am 23. Februar 2017 auf der Titelseite der Zeitschrift Nature, in der bekannt gegeben wurde, dass der nahe gelegene Stern TRAPPIST-1, ein ultrakalter Zwerg, von sieben erdgroßen Planeten umkreist wird. Zwei der Planeten wurden im Jahr 2016 von TRAPPIST (dem Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope) in Chile entdeckt. Das Weltraumteleskop Spitzer der NASA und mehrere bodengestützte Teleskope entdeckten fünf weitere, so dass sich die Gesamtzahl auf sieben erhöht. Das TRAPPIST-1-System befindet sich etwa 40 Lichtjahre von der Erde entfernt.

Bild: NASA and JPL/Caltech

Mit der jüngsten Entdeckung eines achten Planeten um Kepler-90, einem sonnenähnlichen Stern, der 2.545 Lichtjahre von der Erde entfernt ist, ist unser Sonnensystem nun punktgleich mit den meisten Planeten um einen einzelnen Stern. Der Planet wurde in den Daten des Kepler-Weltraumteleskops der NASA entdeckt. Dieses künstlerische Konzept zeigt das Kepler-90-System im Vergleich zu unserem eigenen Sonnensystem.

Der neu entdeckte Kepler-90i – ein glühend heißer, felsiger Planet, der seinen Stern alle 14,4 Tage umkreist – wurde mithilfe des maschinellen Lernens von Google gefunden. Maschinelles Lernen ist ein Ansatz der künstlichen Intelligenz, bei dem Computer "lernen". In diesem Fall haben die Computer gelernt, Planeten zu identifizieren, indem sie in den Kepler-Daten die Fälle gefunden haben, in denen das Teleskop Veränderungen im Sternenlicht aufgezeichnet hat, die von Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, den so genannten Exoplaneten, verursacht wurden.

Bild: NASA/Ames Research Center/Wendy Stenzel

Dieses Diagramm zeigt die photometrischen Beobachtungen des Hubble-Weltraumteleskops während des Vorbeiziehens des Planeten Kepler-1625b vor seinem Mutterstern – ein sogenannter Transit. Der Planet blockiert einen kleinen Teil des Lichts des Sterns und dies wird auf einer Lichtkurve (untere grüne Linie) als leichte Abnahme der Helligkeit des Sterns aufgezeichnet. Nachdem der 19-stündige Transit des Planeten abgeschlossen war, bemerkten die Astronomen etwa dreieinhalb Stunden später einen zweiten, kleineren Einbruch in der Lichtkurve (Bild 4). (Aufgrund von Beobachtungsbeschränkungen war Hubble nicht in der Lage, das gesamte Ereignis aufzuzeichnen.) Der zweite Einbruch wird als Signatur eines Mondes interpretiert, der den Planeten verfolgt. Der Mond ist schätzungsweise so groß wie der Planet Neptun. Die Neigung der Umlaufbahn des Mondkandidaten ist nur eine aus einer breiten Palette möglicher Neigungen, die mit den Daten übereinstimmen. Die Astronomen hoffen, diese Beobachtung zu wiederholen, um die Existenz des Mondes zu bestätigen. Wenn Folgebeobachtungen erfolgreich sind, wäre dies der erste Mond, der außerhalb unseres Sonnensystems entdeckt wurde.

Bild: NASA, ESA, D. Kipping (Columbia University), and A. Feild (STScI)

Die ESA-Exoplanetenmission CHEOPS hat das System WASP-189 beobachtet und wichtige Parameter des Sterns und seinen Planeten WASP-189b bestimmt.

CHEOPS beobachtete WASP-189b, als er hinter seinem Wirtsstern vorbeizog – eine Bedeckung – und zeichnete den Lichtabfall des gesamten Systems auf, als er kurz aus dem Blickfeld verschwand.

Es wurde auch beobachtet, wie der Planet vor dem Stern vorbeizieht – ein Transit. Während eines Transits blockiert der Planet vorübergehend einen winzigen Teil des Lichts des Sterns.

Bild: ESA

Diese Illustration eines Künstlers zeigt eine fremde Welt, die Magnesium- und Eisengas aus ihrer Atmosphäre verliert. Zum ersten Mal wurde beobachtet, dass so genannte "Schwermetalle" – Elemente, die massiver sind als Wasserstoff und Helium – aus einem heißen Jupiter entweichen, einem großen gasförmigen Exoplaneten, der sehr nahe um seinen Stern kreist.

Der Planet mit der Bezeichnung WASP-121b umkreist einen Stern, der heller und heißer ist als unsere Sonne. Der Planet befindet sich so gefährlich nahe an seinem Stern, dass seine obere Atmosphäre glühende 4.600 Grad Celsius erreicht. Eine Flut von ultraviolettem Licht des Wirtssterns heizt die obere Atmosphäre des Planeten auf, wodurch Magnesium- und Eisengas ins All entweicht. Beobachtungen mit dem Hubble Space Telescope Imaging Spectrograph haben die Spektralsignaturen von Magnesium und Eisen weit entfernt vom Planeten entdeckt.

Bild: NASA, ESA, and J. Olmsted (STScI)

Diese Illustration zeigt die drei Riesenplaneten, die den sonnenähnlichen Stern Kepler 51 umkreisen, im Vergleich zu einigen Planeten in unserem Sonnensystem. Diese Planeten sind alle ungefähr so groß wie der Jupiter, haben aber nur einen winzigen Bruchteil von dessen Masse. Das bedeutet, dass die Planeten eine außerordentlich geringe Dichte haben, die eher der von Styropor als von Gestein oder Wasser entspricht, wie neue Beobachtungen des Hubble Space Telescope zeigen. Die Planeten haben sich möglicherweise viel weiter von ihrem Stern entfernt gebildet und sind nach innen gewandert. Jetzt bluten ihre aufgeblähten Wasserstoff/Helium-Atmosphären in den Weltraum aus. Letztendlich könnten viel kleinere Planeten zurückbleiben. Das Kepler-Weltraumteleskop der NASA entdeckte die Schatten dieser Planeten in den Jahren 2012-2014, als sie vor ihrem Stern vorbeizogen. Es gibt keine direkte Abbildung. Daher sind die Farben in dieser Illustration imaginär.

Bild: NASA, ESA, and L. Hustak and J. Olmsted (STScI)

Diese Illustration zeigt zwei erdgroße Welten, die vor ihrem roten Zwergstern vorbeiziehen, der viel kleiner und kühler ist als unsere Sonne. Die Planeten TRAPPIST-1b und TRAPPIST-1c befinden sich in einer Entfernung von 40 Lichtjahren. Sie sind zwischen 20 und 100 Mal näher an ihrem Stern als die Erde an unserer Sonne. Die Forscher vermuten, dass sich mindestens einer der Planeten, möglicherweise sogar beide, in der bewohnbaren Zone des Sterns befinden, wo moderate Temperaturen flüssiges Wasser auf der Oberfläche ermöglichen könnten. Hubble hat nach Anzeichen für ausgedehnte Atmosphären um beide Planeten gesucht und nichts gefunden. Dies lässt die Möglichkeit offen, dass die Planeten dünnere, dichtere Atmosphären wie die der Erde haben.

Bild: NASA, ESA, and G. Bacon (STScI)

Diese künstlerische Darstellung zeigt, wie das Planetensystem TRAPPIST-1 aussehen könnte, basierend auf den verfügbaren Daten über Durchmesser, Masse und Entfernung der Planeten vom Wirtsstern (Stand: Februar 2018).

Bild: NASA, JPL/Caltech, and R. Hurt and T. Pyle (IPAC)

Die Mission PLAnetary Transits and Oscillations of Stars (PLATO) wird Tausende von exoplanetaren Systemen identifizieren und untersuchen, wobei der Schwerpunkt auf der Entdeckung und Charakterisierung von erdgroßen Planeten und Supererden liegt. Sie wird auch die seismische Aktivität in Sternen untersuchen und eine genaue Charakterisierung der Wirtssonne jedes entdeckten Planeten ermöglichen, einschließlich seiner Masse, seines Radius und seines Alters.

Plato ist die dritte mittelgroße Wissenschaftsmission der ESA und soll 2026 gestartet werden.

Bild: ESA–C. Carreau

Künstlerische Darstellung eines kleinen, felsigen Planeten – vielleicht ein mit Lava gefluteter Planet –, der die Oberfläche seines Muttersterns durchquert.

CHEOPS, der ESA-Satellit zur Charakterisierung von Exoplaneten, wird bekannte transitierende Planeten untersuchen, um präzise Messungen ihrer Größe zu erstellen. Zusammen mit den bekannten Informationen über die Masse des Planeten wird CHEOPS eine Schätzung der Dichte des Planeten ermöglichen. Dies wird Aufschluss über die mögliche Zusammensetzung und Struktur des Planeten geben, z.B. ob er überwiegend aus Gestein oder aus Gasen besteht oder vielleicht bedeutende Ozeane beherbergt. CHEOPS wird sich insbesondere auf helle Sterne konzentrieren, die Planeten von Erd- bis Neptungröße beherbergen. Dieser erste Schritt zur Charakterisierung dieser Welten – von denen viele keine Entsprechung im Sonnensystem haben – ist ein entscheidender Prozess für das Verständnis der Entstehung, des Ursprungs und der Entwicklung von Exoplaneten in diesem Größenbereich.

Bild: ESA