Finsternisse sind nicht nur visuelle Spektakel, sie sind von zentraler Bedeutung für die wissenschaftlichen Bemühungen, entfernte Planeten zu verstehen

Die totale Sonnenfinsternis, die am 8. April 2024 in Nordamerika stattfinden wird, ist ein atemberaubendes und unvergessliches Ereignis für alle, die ihr in den Weg kommen. Finsternisse werden jedoch nicht nur wegen ihrer visuellen Wirkung geliebt, sie sind auch das Herzstück modernster Wissenschaft.

Finsternisse können uns viel über entfernte Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, sogenannte Exoplaneten, verraten. Seit der Entdeckung des ersten Exoplaneten im Jahr 1992 haben Astronomen mehr als 5.600 Welten entdeckt, die andere Sterne als die Sonne umkreisen. Um sie zu beobachten, nutzten sie verschiedene leistungsstarke Teleskope.

Wie bei der totalen Sonnenfinsternis spielen Amateurastronomen jedoch immer noch eine wichtige Rolle, und zwar durch mehrere bürgerwissenschaftliche Projekte, die die Beobachtung dieser fernen Welten erleichtern sollen.

Eine Sonnenfinsternis entsteht, wenn der Mond zwischen Erde und Sonne wandert. Obwohl die Sonne 400-mal größer als der Mond ist, ist sie auch etwa 400-mal weiter entfernt. Deshalb scheint es an unserem Himmel gleich groß zu sein. Wenn eine Sonnenfinsternis auftritt, verdeckt der Mond die Sonne kaum und hinterlässt am Rand ein wunderschönes Merkmal namens „Krone“ (lateinisch für Krone).

Ähnliches passiert, wenn wir mit einem Planeten auf einen fernen Stern blicken. Wenn alles gut passt, wird der Exoplanet zwischen uns und seinem Stern vorbeiziehen. Dies wird als Transit bezeichnet. Da der Planet jedoch viel kleiner ist als sein Stern und sie viel näher beieinander liegen als bei uns, erscheint der Planet kleiner als der Stern und blockiert ihn nicht, wie es bei einem kompletten Sonnenplaneten der Fall ist. Finsternis.

Diese Sterne sind selbst mit unseren besten Teleskopen so weit entfernt, dass sie als winzige Lichtpunkte erscheinen. Wenn ein Transit stattfindet, wird dieser kleine helle Fleck für ein paar Stunden leicht dunkler und kehrt dann wieder in den Normalzustand zurück.

Wenn der Exoplanet eine Atmosphäre hat, wird ein Teil des Sternenlichts durch diese gefiltert, bevor es das Teleskop erreicht. Sternenlicht kann in verschiedene Farben unterteilt werden, was Aufschluss darüber gibt, was in der Atmosphäre vor sich geht. Dies wird als Spektrum bezeichnet.

Jedes Element hat einen bestimmten Satz an Farben, die es bevorzugt absorbiert und abgibt. Beispielsweise hatten alte Straßenlaternen eine charakteristische orange Farbe, die für Natrium charakteristisch ist, das Metall, mit dem diese Lampen gefüllt waren. Wenn wir das Licht der Straßenlaterne in ein Spektrum aufteilen würden, würden wir die Natriumsignatur sehen.

Auf die gleiche Weise prägen die in der Atmosphäre des Planeten vorhandenen chemischen Verbindungen ihre Signatur auf das durch sie hindurchtretende Sternenlicht. Dadurch können Astronomen messen, was sich in der Atmosphäre befindet, indem sie ihr Spektrum untersuchen.

Die Erdatmosphäre streut blaues Licht, wodurch der Himmel blau erscheint und alles rot bleibt. Das verbleibende rote Licht ist für das rote Erscheinungsbild der Sonne beim Auf- und Untergang sowie für den „Blutmond“-Effekt verantwortlich, bei dem der Mond während einer Mondfinsternis (bei der die Erde zwischen Sonne und Mond wandert) orangerot wird. Wenn wir während eines solchen Ereignisses auf dem Mond wären, könnten wir die Spektraltechnik nutzen, um die Erdatmosphäre zu messen.

Das James Webb-Weltraumteleskop (JWST) der NASA und das kommende Ariel-Weltraumteleskop der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) gehören zu den einzigen Instrumenten, die empfindlich genug sind, um die Atmosphäre eines Exoplaneten zu erkennen und zu messen.

Die Charakterisierung und der Vergleich dieser Atmosphären können uns viel über andere Planetensysteme verraten. Bis in die 1990er Jahre hatten wir nur ein Beispiel: das Sonnensystem. Astronomen werden auch nach „Biomarkern“ in der Atmosphäre dieser Planeten suchen.

Biomarker sind potenzielle chemische Signaturen des Lebens. Sauerstoff macht beispielsweise etwas mehr als 20 % der Erdatmosphäre aus und wird von Pflanzen produziert. Durch die Untersuchung potenzieller Biomarker in der Atmosphäre von Exoplaneten könnten Astronomen durchaus Hinweise auf außerirdisches Leben finden.

Über einige dieser Ergebnisse dürfte es jedoch Diskussionen geben. Letztes Jahr gab ein Team von Astronomen vorläufige Beweise für das Vorhandensein einer Chemikalie namens Dimethylsulfid im Spektrum eines Exoplaneten namens K2-18b bekannt. Auf der Erde wird diese Chemikalie vom Meeresplankton emittiert. Viele Astronomen warten jedoch auf weitere Beobachtungen dieses Planeten, bevor sie Schlussfolgerungen ziehen.

Eine verbleibende Herausforderung im Zusammenhang mit der Erforschung von Exoplaneten ist die Unsicherheit über den Zeitpunkt von Finsternissen oder Transiten. Wechselwirkungen mit anderen Planeten und andere Effekte können dazu führen, dass sich die Umlaufbahn eines Exoplaneten im Laufe der Zeit ändert. Wenn sich ein Transit verspätet, könnte das dazu führen, dass Raumschiffe wie JWST oder Ariel darauf warten, dass er stattfindet, wodurch nur sehr wenig Beobachtungszeit am Teleskop verschwendet wird. Wenn ein Transit früh erfolgt, kann es sein, dass das Weltraumteleskop ihn vollständig verfehlt.

Exoplanet Watch und ExoClock sind bürgerwissenschaftliche Projekte, die es der Öffentlichkeit ermöglichen, zur Erforschung von Exoplaneten beizutragen. Die Teilnehmer können kleine Teleskope, die sie zu Hause haben, verwenden oder andere Teleskope über das Internet fernsteuern, um Transite zu beobachten und die Ergebnisse dann auf ihrem Computer zu verarbeiten. Durch das Hochladen dieser Ergebnisse können sie JWST und Ariel helfen, im Zeitplan zu bleiben, und sie in die Lage versetzen, Beobachtungen zu machen, die unser Verständnis des Kosmos verändern können.

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.