Das Hubble-Weltraumteleskop der NASA und die Raumsonde New Horizons haben kürzlich gleichzeitig Uranus ins Visier genommen, was Wissenschaftlern einen direkten Vergleich des Planeten aus zwei sehr unterschiedlichen Blickwinkeln ermöglicht. Die Ergebnisse fließen in zukünftige Pläne zur Untersuchung ähnlicher Planetentypen um andere Sterne ein.
Astronomen verwendeten Uranus als Stellvertreter für ähnliche Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, sogenannte Exoplaneten, und verglichen hochauflösende Bilder von Hubble mit der weiter entfernten Ansicht von New Horizons. Diese kombinierte Perspektive wird Wissenschaftlern helfen, mehr darüber zu erfahren, was sie erwartet, wenn sie mit zukünftigen Teleskopen Planeten um andere Sterne abbilden.
„Obwohl wir erwartet hatten, dass Uranus in jedem Filter der Beobachtungen anders erscheinen würde, stellten wir fest, dass Uranus tatsächlich schwächer war als in den New Horizons-Daten aus einem anderen Blickwinkel vorhergesagt“, sagte Hauptautorin Samantha Hasler vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge Mitarbeiter des New Horizons-Wissenschaftsteams.
Die direkte Abbildung von Exoplaneten ist eine Schlüsseltechnik, um mehr über ihre potenzielle Bewohnbarkeit zu erfahren, und bietet neue Hinweise auf den Ursprung und die Entstehung unseres eigenen Sonnensystems. Astronomen nutzen sowohl direkte Bildgebung als auch Spektroskopie, um Licht vom beobachteten Planeten zu sammeln und seine Helligkeit bei verschiedenen Wellenlängen zu vergleichen.
Allerdings ist die Abbildung von Exoplaneten ein bekanntermaßen schwieriger Prozess, da sie so weit entfernt sind. Ihre Bilder sind lediglich punktgenau und daher nicht so detailliert wie die Nahaufnahmen, die wir von Welten haben, die unsere Sonne umkreisen. Forscher können Exoplaneten auch nur in „Partialphasen“ direkt abbilden, wenn von der Erde aus gesehen nur ein Teil des Planeten von ihrem Stern beleuchtet wird.
Uranus war aus mehreren Gründen ein ideales Ziel als Test für das Verständnis zukünftiger entfernter Beobachtungen von Exoplaneten durch andere Teleskope. Erstens sind viele bekannte Exoplaneten auch Gasriesen ähnlicher Natur. Außerdem befand sich New Horizons zum Zeitpunkt der Beobachtungen auf der anderen Seite von Uranus, 6,5 Milliarden Meilen entfernt, sodass seine Dämmerungssichel untersucht werden konnte – etwas, das von der Erde aus nicht möglich ist. In dieser Entfernung umfasste die New Horizons-Ansicht des Planeten in seiner Farbkamera, der sogenannten Multispectral Visible Imaging Camera, nur wenige Pixel.
Andererseits konnte Hubble mit seiner hohen Auflösung und in seiner erdnahen Umlaufbahn 1,7 Milliarden Meilen von Uranus entfernt atmosphärische Merkmale wie Wolken und Stürme auf der Tagseite der gasförmigen Welt erkennen.
„Uranus erscheint auf den New Horizons-Beobachtungen nur als kleiner Punkt, ähnlich den Punkten, die man von direkt abgebildeten Exoplaneten von Observatorien wie Webb oder bodengestützten Observatorien sieht“, fügte Hasler hinzu. „Hubble liefert einen Kontext dafür, was die Atmosphäre tat, als sie mit New Horizons beobachtet wurde.“
Die Gasriesenplaneten in unserem Sonnensystem haben dynamische und variable Atmosphären mit wechselnder Wolkendecke. Wie häufig kommt dies bei Exoplaneten vor? Durch die Kenntnis der Details, wie die Wolken auf Uranus von Hubble aussahen, können Forscher überprüfen, was aus den New Horizons-Daten interpretiert wird. Im Fall von Uranus stellten sowohl Hubble als auch New Horizons fest, dass sich die Helligkeit bei der Rotation des Planeten nicht veränderte, was darauf hindeutet, dass sich die Wolkenmerkmale mit der Rotation des Planeten nicht veränderten.
Die Bedeutung der Entdeckung durch New Horizons hängt jedoch damit zusammen, wie der Planet Licht in einer anderen Phase reflektiert als das, was Hubble oder andere Observatorien auf oder in der Nähe der Erde sehen können. New Horizons zeigte, dass Exoplaneten bei Teilphasenwinkeln und hohen Phasenwinkeln möglicherweise schwächer sind als vorhergesagt, und dass die Atmosphäre Licht bei Teilphasenwinkeln anders reflektiert.
Die NASA hat zwei große zukünftige Observatorien in Arbeit, um die Untersuchung der Atmosphären von Exoplaneten und ihrer potenziellen Bewohnbarkeit voranzutreiben.
„Diese bahnbrechenden New Horizons-Studien zu Uranus aus einem Blickwinkel, der mit anderen Mitteln nicht zu beobachten ist, ergänzen den Schatz der Mission an neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen und haben, wie viele andere im Rahmen der Mission gewonnene Datensätze, überraschende neue Einblicke in die Welten unseres Sonnensystems geliefert.“ „, fügte der leitende Forscher von New Horizons, Alan Stern vom Southwest Research Institute, hinzu.
Das kommende römische Weltraumteleskop Nancy Grace der NASA, dessen Start für 2027 geplant ist, wird einen Koronographen verwenden, um das Licht eines Sterns auszublenden und Gasriesen-Exoplaneten direkt zu sehen. Das Habitable Worlds Observatory der NASA wird in einer frühen Planungsphase das erste Teleskop sein, das speziell für die Suche nach atmosphärischen Biosignaturen auf erdgroßen Gesteinsplaneten entwickelt wurde, die andere Sterne umkreisen.
„Die Untersuchung, wie bekannte Benchmarks wie Uranus in entfernten Bildern erscheinen, kann uns dabei helfen, fundiertere Erwartungen bei der Vorbereitung auf diese zukünftigen Missionen zu haben“, schlussfolgerte Hasler. „Und das wird entscheidend für unseren Erfolg sein.“
New Horizons wurde im Januar 2006 gestartet und absolvierte im Juli 2015 den historischen Vorbeiflug an Pluto und seinen Monden, bevor es der Menschheit im Januar 2019 einen ersten Blick aus der Nähe auf eines dieser Planetenbausteine und Kuipergürtel-Objekte, Arrokoth, ermöglichte. New Horizons ist Jetzt befindet es sich in seiner zweiten erweiterten Mission und untersucht entfernte Objekte des Kuipergürtels, charakterisiert die äußere Heliosphäre der Sonne und macht wichtige astrophysikalische Beobachtungen von seinem unübertroffenen Aussichtspunkt in entfernten Regionen des Sonnensystems.
Die Uranus-Ergebnisse werden diese Woche im vorgestellt 56. Jahrestagung der Abteilung für Planetenwissenschaften der American Astronomical Societyin Boise, Idaho.