Links: Uranus, gesehen vom Hubble-Weltraumteleskop. Rechts: Der Eisriese aus der Sicht der New Horizons Pluto-Sonde (Bildnachweis: NASA, ESA, STScI, Samantha Hasler (MIT), Amy Simon (NASA-GSFC), New Horizons Planetary Science Theme Team)
Zwei NASA-Raumsonden haben sich zusammengetan, um direkte Bilder des Uranus aufzunehmen.
Das Hubble-Weltraumteleskop und die Pluto-Sonde New Horizons bildeten ein cooles Tag-Team, um den geheimnisvollen siebten Planeten von der Sonne zu untersuchen.
Die Ansichten des Uranus, der kältesten Welt im Sonnensystem, die von den beiden Instrumenten aufgenommen wurden, sind sehr unterschiedlich und wurden aus verschiedenen Perspektiven aufgenommen. Hubble untersuchte den Eisriesen in hoher Auflösung, während New Horizons ihn nur als verschmierten „Klecks“ sah. Dadurch erhalten die Astronomen einen neuen Blick auf den Eisriesen, denn Hubble beobachtet, was die irdische Atmosphäre macht, während New Horizons ebenfalls hinschaut und so einen wichtigen zusätzlichen Kontext liefert.
Obwohl die Astronomen eine Fülle von Fragen zum Uranus haben, ist er im Vergleich zu Exoplaneten außerhalb unseres Sonnensystems relativ gut erforscht. Die Hoffnung ist, dass diese neue Art, den Uranus zu betrachten, einen aussagekräftigen neuen Leitfaden dafür liefern könnte, was Astronomen erwarten sollten, wenn sie zukünftige Teleskope einsetzen, um Exoplaneten direkt abzubilden, was bekanntermaßen schwierig ist.
„Während wir erwartet hatten, dass Uranus in jedem Filter der Beobachtungen anders erscheint, fanden wir heraus, dass Uranus in den Daten von New Horizons, die aus einem anderen Blickwinkel aufgenommen wurden, tatsächlich dunkler war als vorhergesagt“, sagte Samantha Hasler vom Massachusetts Institute of Technology (MIT), Mitarbeiterin des New Horizons Wissenschaftsteams, in einer Erklärung.
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Warum Exoplaneten direkt abbilden?
Seit der Entdeckung des ersten Exoplaneten in den 1990er Jahren haben Astronomen mehr als 6.000 dieser Welten entdeckt, und Tausende weitere wurden entdeckt, warten aber noch auf ihre Bestätigung.
Die meisten von ihnen wurden anhand der Einbrüche im Sternenlicht entdeckt und untersucht, die sie verursachen, wenn sie die Oberfläche ihres Muttersterns kreuzen oder „durchqueren“. Weniger werden entdeckt und untersucht, wenn sie durch ihre Schwerkraft an dem Stern, den sie umkreisen, „zerren“ und dadurch eine winzige „Wackelbewegung“ verursachen. Nur sehr wenige Exoplaneten wurden bisher direkt abgebildet.
Das liegt daran, dass selbst der dem Sonnensystem am nächsten gelegene Exoplanet, Proxima Centauri b, satte vier Lichtjahre entfernt ist. Das ist etwa das 13.840-fache der Entfernung zwischen Erde und Uranus. Das bedeutet, dass ein Exoplanet selbst dann, wenn es den Astronomen gelingt, ihn direkt abzubilden – in der Regel dann, wenn er nur teilweise von seinen Sternen beleuchtet wird – kaum mehr als ein winziger Fleck ist.
Die direkte Abbildung von Exoplaneten ist wünschenswert, weil sie Aufschluss darüber geben kann, ob sie Leben beherbergen können oder nicht. Sie kann auch Ähnlichkeiten mit Planeten des Sonnensystems aufdecken, was den Astronomen helfen könnte, die Entstehung von Planeten besser zu verstehen.
Da kommt der Uranus ins Spiel.
(Links) Uranus aus der Sicht von Hubble und (rechts) aus der Sicht von New Horizons. Über jedem Bild ist eine Visualisierung der Ausrichtung, aus der der Eisriese von beiden Raumsonden gesehen wurde. (Bildnachweis: NASA, ESA, STScI, Samantha Hasler (MIT), Amy Simon (NASA-GSFC), New Horizons Planetary Science Theme Team)
Uranus ist aus mehreren Gründen ein guter Stellvertreter für Exoplaneten. Zum Beispiel sind viele bekannte Exoplaneten Gasriesen, deren Zusammensetzung der des Uranus ähnelt. Außerdem konnte New Horizons den Uranus untersuchen, während der Eisriese etwa 10,5 Milliarden Kilometer (6,5 Milliarden Meilen) von der Raumsonde entfernt war, so dass die Multispectral Visible Imaging Camera die so genannte „Sichel der Dämmerung“ des Planeten aufnehmen konnte, was ebenfalls für die Untersuchung von Exoplaneten nützlich ist.
Während New Horizons seine Fernbeobachtungen durchführte, befand sich Hubble in einer erdnahen Umlaufbahn um unseren Heimatplaneten in einer Entfernung von nur 1,7 Milliarden Meilen (2,7 Milliarden km) von Uranus. Dies bedeutete, dass das 1990 gestartete Weltraumteleskop in der Lage war, die atmosphärischen Merkmale der der Sonne zugewandten „Tagseite“ des Uranus zu erkennen und Wolken und Stürme auf dem Uranus ausfindig zu machen.
„Uranus erscheint auf den Beobachtungen von New Horizons nur als kleiner Punkt, ähnlich wie die Punkte, die von Observatorien wie dem James Webb Space Telescope (JWST) oder bodengestützten Observatorien auf direkt abgebildeten Exoplaneten zu sehen sind“, so Hasler weiter. „Hubble liefert den Kontext dafür, was die Atmosphäre tat, als sie mit New Horizons beobachtet wurde.“
Keine trüben Tage für die zukünftigen Weltraumteleskope der NASA
Eine der Fragen, die Forscher in Bezug auf Exoplaneten gerne beantworten möchten, ist, ob sie Wolken haben, die denen der Planeten des Sonnensystems, insbesondere der Gas- und Eisriesen, ähneln.
Im Sonnensystem haben die Gasriesen Jupiter und Saturn sowie die Eisriesen Uranus und Neptun dynamische Atmosphären mit wechselnden Wolkenbedeckungen. Wir wissen jedoch nicht, ob die Gasriesen der Exoplaneten ähnliche Bedingungen aufweisen.
Das Team nutzte Details der Uranuswolken, die mit Hubble gesammelt wurden, um zu überprüfen, was die Raumsonde New Horizons – die 2006 gestartet wurde, um einen nahen Vorbeiflug an Pluto zu machen, was ihr 2015 gelang – gesehen hatte. Dabei stellte sich heraus, dass die Helligkeit bei der Rotation des Planeten nicht variiert, was für das Team ein Hinweis darauf ist, dass sich die Wolkenmerkmale des Uranus nicht durch die Rotation des Planeten verändern.
Uranus aus der Sicht des James Webb-Weltraumteleskops. (Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, STScI)
Die Beobachtungen von New Horizons aus einem anderen Winkel als dem von Hubble verwendeten haben auch gezeigt, dass Planeten, wenn sie teilweise von ihren Sternen beleuchtet werden – ein Umstand, der für die Abbildung von Exoplaneten verwendet wird -, schwächer sein können als vorhergesagt. Aus den Beobachtungen geht auch hervor, dass das Licht von den Planetenatmosphären in der teilweise beleuchteten Phase anders reflektiert wird.
„Diese bahnbrechenden Studien von New Horizons über Uranus von einem Aussichtspunkt aus, der mit anderen Mitteln nicht beobachtet werden kann, ergänzen den Schatz der Mission an neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen und haben, wie viele andere Datensätze, die im Rahmen der Mission gewonnen wurden, überraschende neue Einblicke in die Welten unseres Sonnensystems geliefert“, sagte der leitende Forscher von New Horizons, Alan Stern vom Southwest Research Institute, in der Erklärung.
Die Forschungsergebnisse des Teams könnten bei der Untersuchung von Exoplaneten durch das nächste große Weltraumteleskop der NASA, das Nancy Grace Roman Space Telescope, kurz Roman, helfen. Roman, das 2027 starten soll, wird ein Gerät namens Koronagraph verwenden, um das Licht der Sterne, die Exoplaneten umkreisen, abzublocken und so einen besseren Blick auf diese Welten zu erhalten.
Weiter in der Zukunft wird das Habitable World’s Observatory der NASA, das sich derzeit in der Planungsphase befindet, das erste Weltraumteleskop sein, das speziell für die Suche nach Biosignaturen um erdähnliche Gesteinsplaneten entwickelt wurde.
„Wenn wir untersuchen, wie bekannte Bezugspunkte wie Uranus auf fernen Bildern erscheinen, können wir bei der Vorbereitung dieser zukünftigen Missionen robustere Erwartungen haben, und das wird für unseren Erfolg entscheidend sein“, schloss Hasler.
Die Ergebnisse des Teams wurden diese Woche auf der 56. Jahrestagung der American Astronomical Society Division for Planetary Sciences vorgestellt, die vom 6. bis 10. Oktober in Boise, Idaho, stattfand.
