Eine 14-Zoll-Raumsonde liefert neue Details über „heiße Jupiter“

Eine Raumsonde von der Größe einer Müslischachtel hat genaue Messungen der Atmosphären großer und bauschiger Planeten, sogenannter „heißer Jupiter“, gesammelt. Die von einem Team der University of Colorado Boulder geleiteten Ergebnisse könnten dabei helfen, aufzudecken, wie die Atmosphären um diese und eine Vielzahl anderer Welten in den Weltraum entweichen.

Die Beobachtungen sind die ersten Ergebnisse einer hart arbeitenden NASA-Raumsonde namens Colorado Ultraviolet Transit Experiment (CUTE).

Kevin France, leitender Ermittler der Mission, wird die Ergebnisse der Gruppe am Montag, den 11. Dezember, um 16:30 Uhr im Rahmen einer Medienveröffentlichung vorstellen 2023-Treffen der American Geophysical Union in San Francisco.

Das winzige Raumschiff, das nur 14 Zoll lang ist, mag niedlich sein, aber es ist wissenschaftliche Erkenntnisseveröffentlicht in Das Astronomische Journal, sind alles andere als. Seit seinem Start im September 2021 hat CUTE sein einziges Ultraviolett-Teleskop auf eine Reihe heißer Jupiter ausgerichtet, die einige Hundert Lichtjahre von der Erde entfernt sind.

Heiße Jupiter gehören zu den heißesten und wütendsten Planeten der Galaxie. Wie der Name schon sagt, sind sie Gasriesen wie unser Jupiter. Diese Planeten liegen jedoch viel näher an ihren Heimatsternen und vollführen etwa alle paar Tage auf der Erde eine Umlaufbahn. Dabei erhitzt die Sternstrahlung heiße Jupiter auf Tausende von Grad Fahrenheit, und ihre Atmosphären schwellen auf enorme Größen an, ein bisschen wie Brot, das in einem Ofen aufgeht.

Forscher haben schon lange vermutet, dass dieser ständige Einfluss der Sternstrahlung im Laufe von Millionen bis Milliarden Jahren die Atmosphäre einiger Exoplaneten zerstören könnte. Daten von CUTE deuten darauf hin, dass der Prozess möglicherweise nicht so einfach ist.

Das CUTE-Team, dem mehrere Studenten und Doktoranden angehören, hat bisher sieben heiße Jupiter beobachtet, weitere sind in Vorbereitung. Einige von ihnen scheinen ihre Atmosphäre zu verlieren, andere jedoch nicht.

„Die Planeten scheinen in allen Variationen zu kommen“, sagte France, außerordentlicher Professor am Labor für Atmosphären- und Weltraumphysik (LASP) und der Abteilung für Astrophysik und Planetenwissenschaften.

Er fügte hinzu, dass CUTE Wissenschaftlern dabei hilft, ihren Feldführer für die vielen Arten von Planeten zu erstellen, die in der Milchstraße existieren – einschließlich solcher, die überhaupt nicht wie die nächsten Nachbarn der Erde aussehen.

„Wir wollen verstehen, wie unser Sonnensystem in die Familie der Sonnensysteme im Universum passt“, sagte Frankreich. „Das bedeutet, die großen Planeten zu verstehen, die kleinen Planeten, diejenigen, die Leben haben und diejenigen, die definitiv kein Leben haben – und alle wichtigen physikalischen Prozesse, die auf diesen Planeten ablaufen.“

Es wird heiß hier drin

Der Weg von CUTE zum wissenschaftlichen Erfolg war nicht einfach.

Wenn das Raumschiff trat erstmals in die Umlaufbahn um die Erde ein, stellten France und seine Kollegen schnell fest, dass es anscheinend ein paar Störungen gab – ein normales Problem für viele kleine Satelliten oder CubeSats, die häufig Technologien testen, die noch nie zuvor in den Weltraum geflogen wurden. In einem Fall schnappte der Verschluss, der das Teleskop von CUTE schützte, immer wieder zu, obwohl dies nicht vorgesehen war.

Das Team, dem mehrere Studenten und Doktoranden angehörten, gab nicht auf. Die Forscher befahlen dem Raumschiff, seinen Verschluss zu öffnen, entluden dann die Batterie, die es versorgte, und verhinderten so, dass sich das Gerät wieder schließen konnte.

„CUTE arbeitet noch heute und sammelt Daten“, sagte Frankreich. „Als wir unsere ersten echten wissenschaftlichen Ergebnisse erhielten, war es wirklich aufregend.“

CUTE beobachtet entfernte Planeten, die an ihren Heimatsternen vorbeiziehen, wodurch das ultraviolette Licht dieser Sterne abgeschwächt wird. In einigen Fällen ist die Raumsonde so präzise, ​​dass sie erkennen kann, wenn das Sternenlicht um nur 1 % schwächer wird.

In einem Papier im September veröffentlicht In Die astrophysikalischen Tagebuchbriefe, beschrieben die Forscher ihre Beobachtungen einer Welt namens WASP-189b. Dieser Planet umkreist einen Stern im Sternbild Waage, der mehr als 300 Lichtjahre oder Tausende Billionen Meilen von der Erde entfernt ist. Den Ergebnissen des Teams zufolge ist es dort auch unglaublich warm, und die Atmosphäre erreicht Temperaturen von etwa 15.000 Grad Fahrenheit. Das ist Tausende Grad heißer als die Sonnenoberfläche.

Die Beobachtungen von CUTE deuten auch darauf hin, dass Gas aus der Umgebung von WASP-189b mit einer ähnlich atemberaubenden Geschwindigkeit von etwa 400 Millionen Kilogramm (fast 900 Millionen Pfund) pro Sekunde austritt.

Planeten entwickeln sich

Nicht alle Planeten, die CUTE in den ersten beiden Jahren untersucht hat, waren so aufregend. In unveröffentlichten Ergebnissen beobachtete das Team einen zweiten Planeten namens MASCARA-4b, der offenbar überhaupt nicht viel Gas zu verlieren schien. Andere, wie KELT-9b, landeten irgendwo in der Mitte.

France und seine Kollegen hoffen, dass ihre Ergebnisse dazu beitragen könnten, herauszufinden, warum einige Planeten große Teile ihrer Atmosphäre verlieren, während andere größtenteils unverändert bleiben. Er vermutet, dass es mit einer Kombination aus den Planeten selbst (größere Planeten erzeugen eine stärkere Anziehungskraft) und der Dynamik ihrer Sterne (aktivere Sterne richten wahrscheinlich mehr Chaos auf Planeten an als ruhige Sterne) zu tun haben.

Dieselben Prozesse formen im Laufe der Zeit möglicherweise Planeten sowohl innerhalb als auch außerhalb des Sonnensystems der Erde. Wissenschaftler gehen beispielsweise davon aus, dass der Mars einst eine viel dickere Atmosphäre beherbergte, diese jedoch von der Sonne über Milliarden von Jahren hinweg erodiert wurde.

Die Flucht aus der Atmosphäre könnte auch den Ursprung einer Klasse von Planeten erklären, die als „Supererden“ bekannt sind und etwas größer als unsere eigene Welt sind.

„Es gibt viele Hinweise darauf, dass Supererden als Planeten von der Größe Neptuns mit großen, bauschigen Atmosphären beginnen, die dann so viel Masse verlieren, dass nur noch der felsige Kern und möglicherweise eine dünne Atmosphäre übrig bleiben“, sagte France.

Das größte Vermächtnis von CUTE könnte sein Einfluss auf die Schüler sein, sagte er. Das kleine Team der Mission aus etwa 20 Personen war an nahezu jedem Aspekt des Lebens der Raumsonde beteiligt – vom Bau des Satelliten über den Start, das Senden von Befehlen bis hin zum Herunterladen und Analysieren wissenschaftlicher Daten. CUTE kreist derzeit etwa 326 Meilen (525 Kilometer) über der Erdoberfläche und wird voraussichtlich bis 2027 wieder in die Atmosphäre eintreten.

„All diese Dinge passieren bei großen NASA-Missionen, nur in viel größerem Maßstab“, sagte Frankreich. „Unsere Studenten und Nachwuchswissenschaftler profitieren von der Angebotsphase bis hin zur Veröffentlichung des wissenschaftlichen Produkts.“