Die Herausforderung bestand darin, erstens sehr präzise Kreisel herzustellen, sie zweitens komplett von der Außenwelt zu isolieren und drittens trotzdem die Orientierung ihrer Rotationsachsen ganz präzise zu messen. Für diese Messung entscheidend ist ein 14-cm-Cassegrain-Teleskop, das mit dem Versuchsaufbau extrem fest verbunden ist und die ganze Mission lang auf einen einzigen Stern starren wird: IM Pegasi alias HR 8703. Er ist einer von überhaupt nur drei geeigneten Kandidaten, denn der Referenzstern muß einerseits hell genug sein, damit das kleine Teleskop die Mitte seines Beugungsbildes mit Mikrosekundenpräzision anpeilen kann - und er muß eine starke Radioquelle sein. Denn jeder Stern der Milchstraße hat eine wie auch immer geartete Eigenbewegung, und es ist zwingend erforderlich, seine Position laufend relativ zu einem fernen Quasar zu vermessen. Und enge Paare von radiolauten Sternen und Quasaren sind ausgesprochen selten.

Die Mission hat drei Phasen, seit eine Delta II den 3.1-Tonnen-Satelliten planmäßig auf einer 641 x 645 km hohen Bahn mit 90.01° Neigung abgeliefert hat. Derzeit läuft ein etwa 45 Tage langer Initial Orbit Checkout des 6.4 m langen Satelliten, der um das eigentliche Experiment herum gebaut wurde und v.a. aus einem mit 2.7 Metern Höhe gigantischen Dewar mit 2441 Litern supraflüssigem Helium auf 1.8 Kelvin Temperatur besteht. Ungefähr 22 Tage nach dem Start sollen die Gyros durch vorbeiströmendes ultrareines Helium auf Touren gebracht und ab Tag 38 auf den Stern ausgerichtet werden. Es folgen 13 bis 15 Monate lange Messungen ihrer minimalen Drift (durch berührungslose Messung ihres magnetischen Moments), so lange das Helium die Anlage kühl hält, und danach noch eine umfangreiche Nachkalibration. Und dann werden wir (besser) wissen, ob Einstein in jedem Punkt richtig lag oder die ART vielleicht ergänzt werden muß. [25.4.2004]

[889] Links: die Homepage (mit lesenswerten umfangreichen PDF-Artikeln - die vielen faszinierenden technischen Details konnten hier nicht einmal alle angerissen werden!), NASA, Stanford, LockMart und Boeing Press Releases, der Status am 23. April und Artikel von Sky & Tel., Spaceflight Now, BBC und NetZeitung zum Start - und lange Vorberichte von Science News 2003 und Science@NASA 2004 und 2000. Zusätzliche Quelle: Science vom 16.4.2004 S. 385.

Microlensing + Transitmethode erfolgreich: drei Jupiters bei fremden Sternen mit ungewöhnlicher Technik nachgewiesen

Bis auf einen einzigen Fall sind die gut 120 Planeten fremder Sonnen, die heute als besonders gut gesichert gelten, mit der schon klassisch zu nennenden Radialgeschwindigkeitsmethode entdeckt worden: Beobachtet wird spektroskopisch, wie sich der Stern unter dem Schwerkrafteinfluß seines Planeten entlang der Sichtlinie leicht vor und zurück bewegt. Die Ausnahme war die Entdeckung des Planeten OGLE-TR-56b mit der Transitmethode, die dann per Radialgeschwindigkeit bestätigt werden konnte (siehe Artikel 588). Jetzt gibt es gleich drei neue Erfolgsmeldungen: zwei aus demselben Transit-Programm und eine mit Hilfe von Microlensing. Auf der letzteren Technik basierten im Jahre 1999 schon zweimal vermeintliche Entdeckungen von Exoplaneten, doch stets waren Zweifel geblieben: Das Signal war entweder sehr klein oder die Interpretation nicht eindeutig.

In einem der Fälle, bei dem der linsende Planet nur wenige Erdmassen zu haben schien, hieß es zuletzt immerhin, eine Erklärung der Messungen ohne Planet sei zu 99% auszuschließen (siehe Artikel 496) - zu gut, um es zu ignorieren, aber doch nur von bescheidener Signifikanz. Diesmal jedoch sehen die Daten wesentlich überzeugender aus, und der Fund wird wohl zu Recht als erste klare Exoplanetenentdeckung per Microlensing gefeiert. Die Methode ist eigentlich ein Abfallprodukt der Suche nach potenziellen dunklen kompakten Objekten in der Milchstraße, die teilweise für deren Dunkle Materie aufkommen könnten: Ein sternreicher Hintergrund wird wieder und wieder aufgenommen und auf temporäre Helligkeitsanstiege einzelner Sterne mit einer charakteristischen Lichtkurve geachtet. Dazu kommt es, wenn eine andere Masse nahe der Sichtlinie vorbeizieht und durch eine zeitweilige Gravitationslinsenwirkung den Hintergrundstern heller erscheinen läßt.

Handelt es sich bei dem linsenden Objekt nun um einen Stern mit einem Planeten, so treten in der Lichtkurve des Linsenereignisses zusätzliche Helligkeitsspitzen auf - und bei einem solchen Fall im Juli 2003 war das in einem Maße der Fall wie nie zuvor. Überdies wurde die Lichtkurve unabhängig von zwei Arbeitsgruppen beobachtet, was dem Ereignis die unpraktische Nummer OGLE 2003-BLG-235/MOA 2003-BLG-53 verschafft hat. Vom 14. bis 21. Juli 2003 wich die Lichtkurve des Linsenereignisses massiv von der üblichen Form mit sanftem Anstieg und Abfall ab, die eine Einzelmasse produziert und die man schon bei fast 2000 anderen derartigen Ereignissen sah. Es handelt sich dem Verlauf nach eindeutig um das, was Gravitationslinsenforscher eine kaustische Traverse nennen: Der Begleiter des Sterns zog in solch einem Abstand an der Sichtlinie zum Hintergrundstern vorbei, daß die Lichtverstärkung zweimal besonders heftig ausfiel.

Nach dem besten Modell für das Ereignis hat der linsende Stern einen Begleiter mit 0.32 bis 0.50 % seiner Masse in 2 bis (wahrscheinlicher) 3 AU Abstand. Wenn der Stern auf der Hauptreihe des HRD sitzt, müßte er ein M-Zwerg sein und der Planet damit etwa 1.5 Jupitermassen haben. Modelle ohne Planet können immer nur Teile der Lichtkurve fitten, aber niemals die ganze. In vielleicht zehn Jahren sollte es möglich sein, mit modernsten Teleskopen den linsenden Stern dicht neben dem gelinsten zu sichten: Dann wird man seine Masse - und damit die des Planeten - genauer eingrenzen können. Die Microlensing-Technik hat viele Nachteile: Insbesondere sind die Beobachtungen unwiederholbar, weil der Stern mit seinem Planeten in absehbarer Zeit kaum ein zweites Mal vor einem anderen Stern her ziehen wird. Aber die Methode funktioniert quer durch die Galaxis und ist im Prinzip empfindlich genug, um bei günstigen geometrischen Bedingungen sogar eine fremde Erde nachzuweisen!

Zwei neue »sehr heiße Jupiters« mit der Transitmethode entdeckt hat ebenfalls das OGLE-Team, das die Lichtkurven seiner unzähligen überwachten Sterne auch auf die charakteristischen Lichtkurven von Planeten hin untersucht, die vor den Scheiben ihrer Sterne her ziehen. Nach OGLE-TR-56b sind nun unter den 137 Kandidaten (aus 155'000 Lichtkurven) auch die OGLE-Transitevents TR-113 und TR-132 dank Radialgeschwindigkeitsmessungen mit dem VLT eindeutig auf Planeten zurückgeführt worden. Bei OGLE-TR-113 (hier sind die Messungen besonders gut) läuft demnach ein Planet mit 1.35±0.22 Jupitermassen alle 1.43 Tage um seine Sonne, bei OGLE-TR-132 (mit wesentlich schlechteren Daten) ein 1.01±0.31-Jupitermassenplanet alle 1.69 Tage. Solche »very hot Jupiters« scheinen also recht zahlreich zu sein- und die Sterne, die sie umkreisen, gehören zu ganz verschiedenen Spektralklassen von F bis K. [25.4.2004]

[888] Links: ein Paper von Bond & al. und ein NASA Press Release zum Microlensing-Erfolg und ein Paper von Bouchy & al. zu den neuen Transitplaneten sowie Artikel von Sky & Tel., Aerosp. Daily, Space.com und BdW.

Neues System zur Transit-Jagd nimmt die Arbeit auf, SuperWASP auf La Palma: Homepage, PPARC Press Release, BBC.

Die Südpolkappe des Mars: was der Mars Express wirklich fand

»Observatoire pour la Minéralogie, l'Eau, les Glaces et l'Activité« oder einfacher OMEGA heißt das Instrument auf dem europäischen Marsorbiter Mars Express, das am 23. Januar für reichlich Schlagzeilen sorgen sollte: Von der »Entdeckung« von Wassereis am Südpol des Mars mit Hilfe seiner Reflexionsspektroskopie im nahen Infraroten war allerorten nach einer ESA-PK die Rede (siehe Artikel 827). Aber was ist eine Entdeckung? Daß der Marsboden voll von Wassereis ist, wissen wir spätestens dank der globalen Karten von Mars Odyssey (siehe Artikel 500), und daß nicht nur die nördliche sondern auch die südliche Marspolkappe zu großen Teilen aus Wassereis besteht, war auch schon herausgefunden worden.

Was OMEGA vielmehr geleistet hat, steht nun in der ersten wissenschaftlichen Veröffentlichung zu lesen: »die erste direkte Identifikation und Kartierung von sowohl Kohlendioxid wie Wassereis in den hohen Südbreiten des Mars.« Und weil dies dem Spektrometer (352 Kanäle von 350 nm bis 5.1 µm) mit 2 km Ortsauflösung gelang, läßt sich die räumliche Verteilung des Eises relativ zum - im sichtbaren Licht sehr hellen - CO₂ genau beschreiben. Zum Zeitpunkt der Beobachtungen vom 18.1. bis 11.2. herrschte auf dem Mars Südhochsommer, so daß die Polkappe besonders stark zurückgegangen war, und OMEGA konnte Wassereis in drei Zonen finden: dem Kohlendioxid in den hellen Regionen zu etwa 15 Gewichtsprozent beigemischt, im Zusammenhang mit CO₂-freiem Staub am Rande der hellen Kappe und auch in Zonen dutzende km von der Polkappe entfernt.

Wo immer auf dem Mars CO₂-Eis stabil ist, fängt es Wassereis ein - und letzteres bleibt zurück, größtenteils mit Staub vermischt, wenn das CO₂ sublimiert ist: Die ganzjährige Südpolkappe ist daher viel ausgedehnter als das helle CO₂-Eis-reiche Gebiet. Und die CO₂-Schicht ist nur wenige Meter tief, alles andere ist Wassereis: Auch in dieser Beziehung bestätigen die OMEGA-Spektren frühere Analysen der letzten Jahre. Über das viele Wassereis, das nun mit direkt auf der Oberfläche kartiert werden kann, mögen sich die Marsfans freuen - doch wer gerne über einen früher einmal lebensfreundlicheren Planeten spekuliert, hat eher Grund zur Trauer. Denn die Südpolkappe galt einst als enorme Senke für CO₂, das früher einmal via Treibhauseffekt für mehr Wärme, flüssiges Wasser etc. gesorgt haben könnte, doch damit ist es dank OMEGA endgültig vorbei: Die (erkennbaren) Vorräte an CO₂ sind weit geringer! [25.4.2004]

[887] Quellen: Bibring & al., Nature 428 [8.4.2004] 627-30 + Titus, ibid. 610-11. Links: ein ESA Press Release und Artikel von BBC und AFP.

Spektren zeigen Kometensturz in Jungstern!

Rasante Veränderungen im Spektrum des erst 100'000 Jahre alten Sterns LkHalpha 234 zeugen offensichtlich vom Untergang eines Kometen in seiner unmittelbaren Umgebung: Schlagartig traten im November 2003 Absorptionslinien von neutralen Natrium in seinem Spektrum auf, ohne daß sich andere Linien in gleicher Weise veränderten. Die Interpretation: In der Umgebung des 6-Sonnenmassen-Sterns können sich bereits um die 100 km große feste Materieklumpen bilden, die man auch als Kometenkerne ansprechen könnte - und die Spektren dokumentierten, wie solch ein Komet in den Stern stürzte und dabei sein Natrium in 0.1 AU Sternabstand freisetzte. Bei Beta Pictoris beobachtet man schon seit den 1980-er Jahren, wie Kometen in den Stern stürzen, doch die spektralen Veränderungen dabei sind lange nicht so dramatisch wie hier. [25.4.2004]

[886] Link: Penn State University Press Release, Astronomy, BBC.

Hubble findet keinen »Sedna«-Mond - warum rotiert sie dann so langsam?

Der exotische Asteroid jenseits des Kuipergürtels mit der Nummer 2003 VB12 und dem vorgeschlagenen Namen Sedna aus den Artikeln 869 und 871 gibt jetzt noch ein Rätsel auf: Der Himmelskörper rotiert offensichtlich extrem langsam, was eigentlich nur durch einen massereichen Mond zu erklären wäre - aber das Hubble Space Telescope hat trotz energischer Suche keinen finden können. Und auch die direkte Messung von Sednas Durchmessers gelang nicht: Das Objekt ist damit höchstens 1600 km groß und hat eine Albedo von 15% im roten Licht (wenn der Durchmesser 1600 km beträgt) oder sogar noch mehr.

Der starke Verdacht auf einen Mond basiert auf Photometrie der letzten November entdeckten Sedna mit einem Teleskop in Chile: Ihre Helligkeit schwankte dabei im Laufe mehrerer Monate um etwa 5%, jedoch sehr langsam. Eine wirklich eindeutige Periode ist in den bisherigen Daten zwar nicht auszumachen, aber sie dürfte zwischen 20 und 40 Tagen liegen - was sehr ungewöhnlich ist, denn andere Asteroiden pflegen in einem Tag oder weniger zu rotieren. Die naheliegende (und einzige!) Erklärung ist ein nicht zu kleiner Mond, der den Himmelskörper in gebundene Rotation zwingt: Beide zeigen einander jeweils dieselbe Seite, und die Rotation des Hauptkörpers entspricht der Umlaufperiode des Mondes. Bei Pluto & Charon ist das z.B. der Fall und führt zu der 6-tägigen Rotationsperiode Plutos.

Im Fall von Sedna wurde daher ein Mond mit mindestens 1/15 ihrer Masse bzw. 2/5 ihres Durchmessers erwartet, was bei identischer Albedo einem Sechstel der Helligkeit entspräche. Für die Beobachtungen war das HST eigens anhand eines Sterns besonders präzise fokussiert worden, und man hatte einen Blaufilter benutzt, wo die Abbildung wellenlängenbedingt besonders scharf ist - aber es war die nicht geringste Spur eines Mondes zu entdecken. Das war für die Beobachter um den Sedna-Entdecker Michael Brown derart verblüffend, daß er die NASA abermal zu einer Telefonkonferenz mit Weltraumreportern einladen ließ - wann gibt es schon mal eine Veranstaltung zu einer nicht gemachten (aber fest erwarteten) Entdeckung?

»Wir waren so überzeugt,« daß da ein großer Mond sein mußte, erzählt Brown, weil es sonst einfach keine Erklärung für solch eine langsame Rotation gibt. Denn jeder Bewohner des Sonnensystems hat einen Drehimpuls mitbekommen, und flüchtige Begegnungen mit anderen Himmelskörpern lassen einen planetaren Körper in der Regel noch schneller rotieren als vorher. Das gilt auch für jenen Prozeß, der Sedna offenbar auf ihre merkwürdige Bahn brachte (erst wurde sie von einem großen Planeten in Richtung Oort-Wolke gekickt, dann von einem nahen Stern aufgehalten). Deswegen sind Brown und Co. auch jetzt noch so gut wie überzeugt, daß da ein Mond sein muß - doch um dem HST zu entgehen, müßte er kleiner als 1/10 von Sednas Durchmesser gewesen sein. Drei Auswege sind Brown bisher eingefallen: Die Nichtdetektion eines großen Mondes könnte man erklären,

• wenn der Mond bei sämtlichen 35 HST-Aufnahmen zufälligerweise ganz dicht neben oder vor oder hinter Sedna stand (wofür die Wahrscheinlichkeit aber nur bei nur etwa 1:100 liegt),

• wenn der Mond eine wesentlich geringere Albedo als Sedna selbst hat (was im äußeren Sonnensystem ja um so häufiger vorzukommen scheint, je kleiner ein Körper ist), oder

• wenn der Mond zwar einst existierte, später aber (bei einer Begegnung mit anderen Himmelskörpern) verloren ging oder bei einem Impakt zerstört wurde (auch sehr unwahrscheinlich).