Die Suche nach Atmosphären um Planeten außerhalb unseres Sonnensystems ist die Suche nach außerirdischem Leben. Der Astronom Sebastian Zieba hat Daten des James Webb-Weltraumteleskops verwendet, um kleine felsige Exoplaneten zu untersuchen, hat aber bisher keine Außerirdischen gefunden. Seine Ergebnisse sind jedoch für zukünftige Beobachtungen sehr interessant. Zieba schloss sein Studium an der Universität Leiden am 25. Juni mit Auszeichnung ab.
„Der heilige Gral ist es, Spuren von Leben zu finden“, sagt Zieba, der am Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg und am Observatorium Leiden forscht. „Aber bisher sind wir noch nicht in der Lage, eine Form von Leben direkt nachzuweisen.“
Wir müssen herausfinden, welche Planeten außer der Erde gute Wirte für Atmosphären und damit auch für Leben sind. Genau darum geht es in Sebastians Forschung: Er sucht nach Atmosphären um felsige Exoplaneten. Das sind Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, die kleiner als der doppelte Radius der Erde sind und überwiegend aus Gestein bestehen.
Extrem heiße Planeten
Um eine mögliche Atmosphäre um einen Exoplaneten zu erkennen, könnte man die Temperatur des Planeten messen. Dies gibt einen Einblick in das Klima und den Wärmetransport. Zieba verwendete diese Technik bei der Beobachtung von K2-141 b, einem Lavaplaneten, der seinem Mutterstern unglaublich nahe ist. Aufgrund der hohen Gravitationskräfte zwischen Planet und Stern zeigt dieser Planet seinem Mutterstern immer dieselbe Seite.
Infolgedessen ist eine Seite vollständig geschmolzen und die andere Seite sehr kalt. Aufgrund der extremen Temperaturen beginnt das Gestein zu verdampfen, was eine Gesteinsdampfatmosphäre erzeugen könnte. Aus diesem Grund wollte Zieba diesen Planeten untersuchen.
Eine Atmosphäre könnte die Wärme von der heißen Seite auf die kalte Seite umverteilen, sodass es auf der Nachtseite etwas weniger kalt und auf der Tagseite weniger heiß wäre. Zieba sagt: „Wir versuchten zu beantworten: Ist der Planet wirklich heiß oder etwas kälter als wirklich heiß?“ Zieba konnte einige Anzeichen einer Gesteinsdampfatmosphäre finden. Neue Daten des James Webb Space Telescope (JWST) sollen weitere Einblicke in diese Art von Exoplaneten geben.
Venus-Zwilling ist nackter Fels
Man kann die Emissionsspektren auch auf der Suche nach bestimmten Molekülen untersuchen, die auf die Existenz einer Atmosphäre hinweisen. Zieba beobachtete die Spektren von TRAPPIST-1 c, einem weiteren felsigen Exoplaneten, der der Venus recht ähnlich ist. „Das brachte uns auf die Idee, dass auch die Atmosphäre ähnlich sein müsste.“
Er suchte nach Spuren von Kohlendioxid (CO2). Warum CO2?
„CO2 ist überall. Jede Aktivität auf einem Planeten, wie etwa Vulkanismus, würde eine gewisse Menge an CO2 verursachen. Wenn es also eine Atmosphäre gibt, würde man erwarten, eine gewisse Menge an CO2 zu finden. Aber wir haben auf diesem Planeten kein CO2 gefunden“, sagt er. TRAPPIST-1 c ist wahrscheinlich ein nackter Felsplanet und überhaupt nicht mit der Venus mit ihrer dicken CO2-reichen Atmosphäre zu vergleichen.
Arbeiten mit JWST-Daten
Zieba verwendete zunächst Spitzer, ein anderes Infrarotteleskop, doch während seiner Doktorarbeit konnte er Daten des James Webb-Weltraumteleskops (JWST) verwenden.
Er bemerkt: „Ich fühle mich geehrt, zur ersten Generation von Doktoranden zu gehören, die mit den JWST-Daten arbeiten dürfen.“
Bessere Teleskope könnten weitere Forschungen in die Atmosphären von Exoplaneten ermöglichen.
„Es wäre fantastisch, zehn JWSTs zu starten und sie dann zusammenzukleben“, scherzt er. Zieba freut sich auf die zukünftige Zusammenarbeit mit JWST sowie auf einige andere Projekte, die sich derzeit im Bau (Extremely Large Telescope in Chile) oder in der Entwurfsphase (Habitable Worlds Observatory und die Weltraummission LIFE) befinden.
Es gibt immer etwas zu lernen
Auch wenn bei einem der beobachteten Exoplaneten keine Atmosphäre festgestellt werden konnte, ist Ziebas Forschung dennoch recht wertvoll.
Er sagt: „Wenn Sie bei einem Objekt eine Eigenschaft, wie etwa eine Atmosphäre, nicht entdecken, ist es möglich, dass es nicht existiert, aber es kann auch an zusätzlichem Rauschen liegen, entweder vom Stern oder von Ihrem Instrument. Sie werden bei zukünftigen Beobachtungen immer mehr erfahren, selbst wenn wir keine Atmosphäre oder einen anderen Hinweis auf Leben finden.“