Heidelberg - Mit dem 30 Jahre alten Infrarotteleskop der National Aeronautics and Space Administration (NASA) auf dem Vulkan Mauna Kea in Hawaii, dessen Hauptspiegel einen Durchmesser von "nur" drei Metern hat, haben die Wissenschaftler organische Moleküle in der Atmosphäre eines  63 Lichtjahre entfernten jupitergroßen Gasplaneten identifiziert. Für ein erdgebundenes Teleskop ist das ein bislang beispielloser Erfolg. Gelungen ist dies durch die Entwicklung einer neuen Methode der Datenanalyse.

Gelungen ist dies einer internationalen Gruppe von Astronomen, die eine neue Methode zur Untersuchung der Atmosphären von Exoplaneten entwickelt und gleich erfolgreich getestet hat. Damit werden Messungen der Atmosphärenchemie von Welten jenseits unseres Sonnensystems erstmals auch Beobachtern mit vergleichsweise kleinen Teleskopen zugänglich. Klein ist freilich in diesem Zusammenhang relativ: Die entsprechenden Beobachtungsinstrumente müssen immer noch einen Spiegeldurchmesser von einigen Metern aufweisen.

Die ersten Beobachtungen mit der neuen Methode zur Auswertung der gesammelten Daten lieferten bereits neue Erkenntnisse über die Eigenschaften von Exoplanetenatmosphären. Die Ergebnisse werden in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Untersuchungen der chemischen Zusammensetzung der Atmosphären von Exoplaneten bedienen sich der Spektroskopie: der systematischen Untersuchung des Lichts, das ein Sternensystem bei den verschiedenen Wellenlängen aussendet. Bislang wurden für solche Untersuchungen Weltraumteleskope oder die größten und fortschrittlichsten bodengebundenen Teleskope der Welt benötigt.

Methan und Kohlendioxid auf HD 189733 b nachgewiesen

Für die Entwicklung der neuen Methode benötigten die Forscher aus den Vereinigten Staaten, Großbritannien und Deutschland gut zwei Jahre - danach aber konnten sie die spektroskopischen Beobachtungen an dem Exoplaneten HD 189733 b, die sie 2007 mit einem 3-Meter-Teleskop vorgenommen hatten, angemessen auswerten und in der Atmosphäre des Planeten das Vorkommen spezifischer Moleküle wie Methan und Kohlendioxid nachweisen.

Der Planet, ein Gasriese ähnlich dem Jupiter, umkreist 63 Lichtjahre von der Erde entfernt den Stern HD 189733 A im Sternbild Fuchs (Vulpecula). Dabei konnten die Astronomen einen Teil des Spektrums aufnehmen, der mit heutigen Weltraumteleskopen nicht beobachtet werden kann.

Von der Erde aus gesehen verschwindet der Planet HD 189733 b periodisch hinter seinem Heimatstern. Das Spektrum des Planeten lässt sich bestimmen, indem man das von dem System direkt vor einer solchen "Planetenfinsternis" empfangene Licht mit dem während der Finsternis empfangenen Licht vergleicht. Allerdings sorgen Turbulenzen in der Erdatmosphäre für Störungen, deren Einfluss sich nur schwer berücksichtigen lässt.

Spezialisierte Spektrografen nicht notwendig

Jeroen Bouwman vom Max-Planck-Institut für Astronomie erklärt: "Mit einer neu entwickelten Kalibrationsmethode können wir die Lichtveränderungen, die sich durch die Planetenfinsternis ergeben, von den Lichtveränderungen durch atmosphärische Turbulenzen und von Störsignalen des Detektors unterscheiden." Zuvor waren Messungen dieser Art nur mit Hilfe von Weltraumteleskopen möglich gewesen, deren Beobachtungszeit freilich streng rationiert ist. Nun sind sie mit bodengebundenen Teleskopen mit Spiegeldurchmessern bis hinunter zu einigen Metern durchführbar, von denen es weltweit einige Dutzende gibt - und dies ohne die Notwendigkeit spezialisierter Spektrografen.

Der Erstautor der Studie, Mark Swain vom Jet Propulsion Laboratory der NASA erklärt weiter: "Dass wir unsere neuen Ergebnisse mit einem vergleichsweise kleinen, bodengebundenen Teleskop gewinnen konnten, ist sehr aufregend. Denn es bedeutet, dass die größten bodengebundenen Teleskope mit Hilfe unserer neuen Methode in der Lage sein müssten, die Atmosphären erdähnlicher Planeten zu untersuchen."

Schlüsselziel: Leben

Untersuchungen der chemischen Eigenschaften erdähnlicher Planeten sind ein wichtiger Schritt für die Suche nach bewohnbaren Exoplaneten, oder sogar nach Spuren von Leben auf solchen Planeten - ein Schlüsselziel der modernen Astronomie, das derzeit freilich noch in weiter Ferne liegt. Koautor Thomas Henning, Direktor am Max-Planck-Institut für Astronomie, fügt hinzu: "Hier zeigt sich das Potenzial von neuen Instrumenten wie dem Spektrografen LUCIFER, der derzeit am Large Binocular Telescope in Arizona installiert wird." (red)