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Das Weltraumteleskop PLATO wird in etwa 1,5 Mio. Kilometer Entfernung von der Erde Hinweise auf eine zweite Erde suchen und seine weiteren Aufgaben ausführen. Dazu gehört auch die Erforschung der Wolken- und Gas-Chemie von Planetenatmosphären und die 3D-Modellierung des Exoplaneten-Klimas. Hier kommen die beiden Grazer IWF-Wissenschafterinnen Christiane Helling und Ludmila Carone ins Spiel.
In der aktuellen Ausgabe von "Astronomy & Astrophysics" haben sie die speziellen Aufgaben vorgestellt, die das europäische Weltraumteleskop neben der Suche nach einem terrestrischen Zwilling erfüllen könnte. Die Grazer Expertinnen und Experten sind aufgrund ihrer jüngsten Studie überzeugt, dass die PLATO-Mission zur Erforschung ultraheißer Gasriesen unter den Exoplaneten viel beitragen könnte, wie die ÖAW mitteilte.
Das Weltraumteleskop wird zuvorderst die Helligkeitsschwankungen von Sternen messen. Diese entstehen bei sogenannten Planetentransits - jenem periodischen Vorgang, wenn der Planet vor seiner "Sonne" vorbeizieht und dabei den Stern kurz verschattet. 26 hochpräzise Kameras werden die Lichtkurve von Tausenden Sternen messen.
Neben der Suche nach einem terrestrischen Zwilling wollen die Exoplanetenforscher auch mehr Informationen über die Wolkenbildung auf Gasriesen erhalten. Innerhalb unseres Sonnensystems ist beispielsweise der Planet Jupiter ein Gasriese: Er hat keine feste Oberfläche, besteht hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium und besitzt vielfarbige Ammoniak-Wolken. Gasriesen außerhalb unseres Sonnensystems können Temperaturen von mehr als 600 Kelvin erreichen und besitzen Wolken, die aus Silikaten und Quarz bestehen. Ein solcher ist zum Beispiel der Exoplanet WASP-39b.
Die Exoplaneten-Forschenden am Grazer IWF wollen im Rahmen von PLATO die Wolken solcher exoplanetaren Gasriesen aus einem neuen Blickwinkel betrachten. Sie haben bereits ein Klimamodell entwickelt, das die Bedingungen solcher Planeten simuliert. "Das IWF-Klimamodell ExoRad sagt voraus, dass die Temperatur auf diesen Exoplaneten durch einen extrem schnellen äquatorialen Windjet von mehr als 3.600 km/h geformt wird", schilderte IWF-Forscherin Carone.
Man kann davon ausgehen, dass solche extremen Winde die Wolkenverteilung beeinflussen. Das IWF-Team vermutet, dass die Wolken auf der Morgenseite dicker als auf der Abendseite sein sollten, weil die Temperaturen dort durch die Winde von der Nachtseite abgekühlt werden. Die Abendseite dürfte dagegen durch Winde von der Tagseite erwärmt werden. Sollte das zutreffen, dann müssten bei einer Transitmessung durch die PLATO-Kameras Unterschiede zwischen dem Beginn und dem Ende des Transits ausmachbar sein, so die Vermutung. Die IWF-Expertinnen und Experten stützen ihre Annahme auf eine Studie für die sie 60 virtuelle Planetenzwillinge geschaffen haben.
PLATO wird sich auf Planeten in unserer kosmischen Nachbarschaft konzentrieren. Die vom IWF geleitete, neue Studie sagt voraus, dass PLATO eine besondere Eignung zur Vermessung von besonders kleinen Wolkenteilchen im infraroten Bereich habe. Diese seien für das große James-Webb-Teleskop weitestgehend unsichtbar.
Die Vermessung besonders kleiner Wolkenteilchen in heißen Gasriesen soll helfen, die grundlegende Frage nach ihrer Entstehung in solchen heißen Welten zu verstehen. Denn jede Wolke braucht zunächst feste Teilchen als Kondensationskeime, an denen sich Gas zu Wolken verdichten kann. Ohne sie sei es laut den Grazer Forschenden thermodynamisch unmöglich, solche dichten Wolken zu bilden. Auf der Erde ist es vor allem Staub, der als Kondensationskeim dient.
"Heiße Jupiter" haben allerdings keine festen Oberflächen und ihre Atmosphäre wird immer heißer, je tiefer es geht. Die einzige Chance für die Bildung von Wolkenkeimen bestehe daher in den kühlen Höhen der oberen Atmosphäre - also jener Region, wo PLATO Wolken während eines Transits vermessen kann.
IWF-Direktorin Helling und ihr Team aus der Forschungsgruppe "Exoplaneten: Wetter und Klima" sind besonders an sogenannten ultra-heißen Jupitern mit Tagseiten-Temperaturen von mehr als 2.000 Kelvin interessiert. Die IWF-Forschenden haben bereits Hinweise darauf, dass unter anderem Titanium- und Aluminium-Oxid-Cluster als Kondensationskeime dienen könnten. Sie hoffen sich durch die PLATO-Mission jedenfalls erhellende Daten.
Um das Potenzial der Messungen mit PLATO voll auszunutzen, geht das IWF Graz auch eine enge Partnerschaft mit der Universität Graz ein: Man möchte modernste 3D-Exoplaneten-Wolken-Modelle (IWF Graz) und 3D-Sternenmodelle (Lively Stars) kombinieren. Das soll ermöglichen, stellare und planetare Effekte in den PLATO-Daten zu trennen und dabei nicht nur die Wolken des Planeten, sondern auch magnetische Effekte auf der Oberfläche des Sternengestirns zu vermessen.
Zur Verarbeitung der großen Datenmengen steuert das IWF Graz auch die Router and Data Compression Unit (RDCU) bei, die die Daten der knapp 30 Kameras verarbeitet. Wenn PLATO also Anfang kommenden Jahres startet und rund 300.000 Sterne ins Visier nimmt, wird auch Technik "made in Styria" mitfliegen.
(S E R V I C E - L. Carone et al.: Exoplanet climate characterization with transit asymmetries, Astronomy & Astrophysics, doi.org/10.1051/0004-6361/202556695, 2026 )
WIEN - ÖSTERREICH: FOTO: APA/NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
