Neue Forschungsergebnisse helfen zu erklären, wie dramatische Neigungen die Umlaufbahnen von Exoplaneten beeinflussen können.
(Bild: © Sarah Millholland / NASA / JPL-Caltech)
Laut einer neuen Studie sind viele außerirdische Planeten um Sterne wie unsere Sonne möglicherweise außerordentlich geneigt, was zu dramatischen Schwankungen zwischen extremen Wintern und Sommern führt.
NASAs Kepler Raumschiff zeigten, dass etwa 30 Prozent der Sterne, die unserer Sonne ähnlich sind, Supererden beherbergen. Wie der Name schon sagt, sind Supererden etwas größer als die Erde und haben etwa das Zwei- bis Zehnfache der Erdmasse.
Die bisher gefundenen Supererden liegen in der Regel auch relativ nahe an ihren Sternen und benötigen laut einer Aussage zu der neuen Arbeit weniger als 100 Tage, um eine Umlaufbahn zu vollenden. Im Vergleich dazu benötigt Merkur ungefähr 88 Tage, um die Sonne zu umrunden.
Seltsamerweise befinden sich viele dieser Supererden fast - aber nicht ganz - in natürlich stabilen Beziehungen, die als bekannt sind Orbitalresonanzen, die auftreten, wenn umlaufende Körper einen regelmäßigen Gravitationseinfluss aufeinander ausüben. Zum Beispiel führt die Orbitalresonanz von Pluto und Neptun dazu, dass Pluto in der Zeit, in der Neptun dreimal in die Umlaufbahn benötigt, zwei Runden um die Sonne legt. Im Gegensatz dazu befinden sich viele Supererden paarweise in der Nähe, aber nicht in solchen Orbitalresonanzen.
Jetzt schlagen Forscher vor, dass die mögliche Antwort auf dieses Rätsel darin besteht, dass solche Welten stark geneigt sind. "Wenn dies zutrifft, bedeutet dies, dass ihre Jahreszeiten extrem sind und ihr Wetter und Klima auch nicht trivial beeinflusst werden", sagte die leitende Studienautorin Sarah Millholland, Astronomin an der Yale University in Connecticut, gegenüber Space.com.
Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass die Gravitationskraft ihrer Sterne auf diesen Welten Gezeitenkräfte hervorrufen kann, die Energie aus ihren Orbitalbewegungen ableiten, sie in Wärme umwandeln und verhindern, dass diese Welten ihre Umlaufbahnen synchronisieren, wenn Planeten kurz vor der Umlaufresonanz stehen . Frühere Arbeiten ergaben jedoch auch, dass solche Gezeitenkräfte an sich nicht stark genug sind, um eine Orbitalresonanz zu verhindern, sagten die Forscher.
Die Wissenschaftler führten Computersimulationen durch, um zu modellieren, was passiert, wenn die Pole dieser Planeten in Bezug auf ihre Umlaufbahnen geneigt sind. Sie fanden heraus, dass Gezeitenkräfte bei hohen axialen Neigungen "die Energie der Umlaufbahn auf den Planeten außerordentlich effizient in Wärme umwandeln", so Millholland sagte in der Erklärung.
Je größer die axiale Neigung ist, desto stärker variiert die Sonneneinstrahlung, die verschiedene Teile eines Planeten im Laufe seines Jahres erhalten. Die axiale Neigung der Erde von etwa 23,5 Grad führt zu ihren Jahreszeiten. Die extreme axiale Neigung von Uranus von 98 Grad lässt die Winterseite des Planeten 21 Jahre lang in völliger Dunkelheit und die Sommerseite für die gleiche Zeit in konstantem Tageslicht.
"Bisher war die typische Annahme, dass Exoplaneten in der Nähe keine axiale Neigung aufweisen", sagte Millholland gegenüber Space.com. "Unsere Studie schlägt etwas anderes vor."
Das von den Wissenschaftlern entdeckte Phänomen kann auch zu einer außerordentlichen Erwärmung dieser Exoplaneten führen. Ein ähnlicher Effekt führt dazu, dass Jupiters Mond Io "eine extreme vulkanische Aktivität aufweist; geologisch aktivster Körper im Sonnensystem ", sagte Millholland.
Die Forscher "schlagen nicht vor, dass die Spinpole aller Exoplaneten stark geneigt sind", bemerkte Millholland. Wenn es sich jedoch um einen signifikanten Bruchteil handelt, würde dies erklären, warum so viele nahegelegene Supererden die Umlaufbahnen haben, die Astronomen entdeckt haben, sagte sie.
Die Wissenschaftler analysieren nun, wie die Erwärmung aufgrund einer hohen axialen Neigung die Strukturen dieser Planeten beeinflussen kann, sagte Millholland. Exoplaneten mit hohen axialen Neigungen sollten Wärmesignaturen besitzen, die von zukünftigen Weltraummissionen wie der James Webb Weltraumteleskopfügten die Forscher hinzu.
Die Wissenschaftler detailliert ihre Ergebnisse online 4. März in der Zeitschrift Nature Astronomy.
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