Wir treten in eine neue Periode der Exoplaneten-Astronomie ein, mit einer kürzlichen Ankündigung, dass das James-Webb-Weltraumteleskop seinen ersten Exoplaneten entdeckt hat. Das Versprechen von Webb ist, dass es nicht nur in der Lage sein wird, Exoplaneten zu entdecken, sondern auch ihre Atmosphären zu untersuchen, was einen großen Fortschritt in der Exoplanetenforschung bedeuten würde.
Das Studium von Exoplaneten ist äußerst anspruchsvoll, da sie im Allgemeinen viel zu weit entfernt und zu klein sind, um direkt beobachtet zu werden. Sehr selten kann ein Teleskop einen Exoplaneten direkt abbilden, aber die meiste Zeit müssen Forscher auf die Anwesenheit eines Planeten schließen, indem sie den Stern betrachten, um den er kreist. Es gibt mehrere Methoden zur Erkennung von Planeten basierend auf ihren Auswirkungen auf einen Stern, aber eine der am häufigsten verwendeten ist die Transitmethode, bei der ein Teleskop einen Stern beobachtet und nach einem sehr kleinen Helligkeitsabfall sucht, der auftritt, wenn ein Planet dazwischen passiert Der Stern und wir. Dies ist die Methode, mit der Webb seinen ersten Exoplaneten namens LHS 475 b entdeckte.
Das große Ziel ist jedoch, dass Webb Atmosphären von Exoplaneten erkennt. Die Forscher konnten einige Daten über die Atmosphäre des neu entdeckten Planeten sammeln und einige Möglichkeiten ausschließen, aber sie sind noch nicht in der Lage, die genaue Zusammensetzung seiner Atmosphäre zu bestimmen. Denn so schwierig es auch sein mag, einen Exoplaneten zu entdecken, noch schwieriger ist es, seine Atmosphäre zu untersuchen.
Die Art und Weise, wie Webb dies tut, ist die Verwendung einer Methode namens Transitspektroskopie. Wie bei der Verwendung der Transitmethode zur Erkennung eines Exoplaneten hängt auch die Untersuchung seiner Atmosphäre davon ab, dass der Planet vor seinem Stern vorbeizieht (sogenannter Transit). Wenn sich der Planet vor dem Stern befindet, durchdringt eine kleine Menge Licht, das vom Stern kommt, die Atmosphäre des Planeten. Wenn Wissenschaftler dieses Licht verfeinern und in verschiedene Wellenlängen aufteilen können, können sie sehen, welche Wellenlängen fehlen – was anzeigt, welche Wellenlängen von etwas in der Atmosphäre absorbiert wurden. Wir wissen, welche Chemikalien bei welchen Wellenlängen absorbieren, sodass diese Informationen zeigen können, woraus die Atmosphäre besteht.
Der Versuch, Informationen aus einem Transmissionsspektrum zusammenzusetzen, ist jedoch kompliziert, da der Prozentsatz des blockierten Lichts mit etwa 0,1 % der Helligkeit des Sterns so gering ist. Und denken Sie daran, dass dies ein Stern ist, der 41 Lichtjahre entfernt ist. Wenn Sie sich das unten gezeigte Transmissionsspektrum des kürzlich entdeckten Planeten ansehen, können Sie die Datenpunkte in Weiß sehen.
Die farbigen Linien sind mögliche Modelle, wie die Atmosphäre aussehen könnte, und die Forscher suchen nach der Linie, die am besten passt. In diesem Fall können Sie sehen, dass die grün dargestellte Methanatmosphäre eindeutig nicht korrekt ist, daher wissen die Forscher, dass der Planet keine Methanatmosphäre hat. Aber es könnte keine Atmosphäre (gelb dargestellt, als strukturlos gekennzeichnet) oder eine Kohlendioxidatmosphäre haben. Es gibt nicht genügend Daten, um dies endgültig sagen zu können, obwohl die Forscher planen, später in diesem Jahr weitere Beobachtungen mit Webb durchzuführen, die ihnen mehr Daten liefern sollten.
Obwohl wir uns über die Atmosphäre dieses Exoplaneten noch nicht sicher sein können, zeigt diese Forschung, wie Webb eines Tages in der Lage sein sollte, Exoplanetenatmosphären zu analysieren. „Wir stehen an vorderster Front bei der Erforschung kleiner, felsiger Exoplaneten“, sagte der leitende Forscher Jacob Lustig-Yaeger vom Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University in einer Erklärung. „Wir haben gerade erst begonnen, an der Oberfläche dessen zu kratzen, wie ihre Atmosphären aussehen könnten.“
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