Die Entdeckung von Exoplaneten über die

Entdeckung von
Exoplaneten über die
Radialgeschwindigkeits
methode
Gliederung
1. Die Radialgeschwindigkeitsmethode im Überblick
1.1 Ideen zur Radialgeschwindigkeitsmethode
1.2 Voraussetzungen für die Entdeckung über die
Methode
1.3 Funktionsweise der
Radialgeschwindigkeitsmethode
2. Instrumente zur Entdeckung
2.1 HARPS
2.2 GAIA
2.3 APF
3. Überraschende Bedeutende Entdeckungen
3.1 Erster Exoplanet „51 Pegasi b“
3.2 Erstes System „Ypsilon Andromedae“
3.3 Erste eventuell habitable Zone „Gliese 581“
4. Aussichten für die Zukunft
4.1 Verbesserung der Messungen
4.2 Zukünftige Projekte
4.2.1 ESPRESSO
4.2.2 CODEX
1.1 Ideen zur
Radialgeschwindigkeitsmethode
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Erste Versuche zur Entdeckung von
Exoplaneten im 19. Jahrhundert:
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Versuch über direkt abbildenden Nachweis
→ Helligkeits- und Kontrastprobleme
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Viele Messfehler
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Versuch über indirekten Nachweis
→ Theorie: Verschiebung des Baryzentrums
aus dem Sternmittelpunkt durch
Gravitationskräfte der Exoplaneten →
Entstehung des Dopplereffekts im
Sternspektrum durch Ortsvariation des
Zentralgestirns
1.2 Voraussetzungen für die
Entdeckung über die Methode
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Nur Entdeckung von relativ massereichen
Planeten auf engen Bahnen möglich
Keine Messung bei einer Neigung von 90°
relativ zum Betrachter möglich
1.3 Funktionsweise
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Dopplereffekt im Lichtspektrum des Sterns
(siehe 1.1)
Feststellung mit Hilfe von Spektrographen:
→ bei Bewegung auf die Erde zu:
–
Lichtstrahlung kurzwellig; Spektrum blauverschoben
→ bei Bewegung von der Erde weg:
–
Lichtstrahlung langwellig; Spektrum rotverschoben
2.1 HARPS
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„High Accuracy Radial velocity Planet
Searcher“
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Entwickelt in La Silla (Chile)
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Spektrograph der ESO
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Installiert an einem 3,60m großen Teleskop
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Erste Messungen 2003
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Messgenauigkeit 1m/s
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Hervorragende Messung aufgrund
technischer Finessen möglich:
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Temperaturstabilisierung um den
Spektrographen; Einschluss unter Vakuum →
Stabilisierung der Messungen
Datenreduktionspipeline → sofortiger Vergleich
mit anderen Spektren möglich + Korrektur der
Schwankungen durch sonstige Einflüsse
2.2 GAIA
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„Globales Astrometrisches Interferometer
für die Astrophysik“
Raumsonde der ESA
Interferometrie als Messmethode
vorgesehen → „Interferometer“
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19. Dezember 2013 gestartet
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Geplante Flugdauer fünf Jahre
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Ziel GAIAs: Sammlung sämtlicher Daten
von allen Sternen in der Milchstraße
Hoffnung auf die Entdeckung von bis zu
30.000 Exoplaneten mit Hilfe dieser Daten
Veröffentlichung der gesammelten Daten
voraussichtlich 2022
2.3 APF
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„Automated Planet Finder“, auch RPF
„Rocky Planet Finder“
2,4m großes Teleskop mit Levy
Spektrometer
In San Jose, Kalifornien, USA
Vollautomatische Suche nach Exoplaneten
jede Nacht
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Intelligente Auswahl aus einigen
vorinstallierten Daten von Exoplaneten je
nach Wetterlage
Hauptsächlich Suche nach massearmen
Gesteinsplaneten (1-20 Erdmassen)
Speicherung der Messungen auf einer
„Daten Pipeline“
Erster Exoplanet „51 Pegasi b“
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5. Oktober 1995 von Michel Mayor und
Didier Queloz entdeckt
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Rotiert um Stern 51 Pegasi
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Jedoch nicht erdähnlich:
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0,6 Jupitermassen; 0,05 AU von Zentralgestirn
entfernt; Umlaufzeit 4,2 Tage; Tagestemperatur
1300°C;
Weiterhin viele Spekulationen über 51 Pegasi b
3.2 Erstes System „Ypsilon
Andromedae“
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Zentralgestirn „Ypsilon Andromedae A“
Entdeckung von drei Planeten um diesen
Stern:
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Ypsilon Andromedae b
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Ypsilon Andromedae c
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Ypsilon Andromedae d
„Ypsilon Andromedae b“
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1996 von Paul Butler entdeckt
0,71 Jupitermassen; 0,059 AU vom Stern
entfernt; Umlaufzeit von 4,6 Tagen;
Tagestemperatur 2000°C; wahrscheinlich
„strukturloser Glutball“
„Ypsilon Andromedae c“
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1999 von Geoffrey Marcy et al. entdeckt
2,11 Jupitermassen; 0,83 AU vom Stern
entfernt; Umlaufzeit von 241,2 Tagen;
Tagestemperatur 85°C; wahrscheinlich
Gasplanet mit vielen Monden
„Ypsilon Andromedae d“
●
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1999 von Paul Butler et al. entdeckt
4,61 Jupitermassen; 2,5 AU entfernt vom
Zentralgestirn; Umlaufzeit von 3,5 Jahren;
Tagestemperatur -40°C; hohe Exzentrizität
von 0,41
3.3 Erste eventuell habitable
Zone um „Gliese 581“
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Zentralgestirn „Gliese 581“
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Planeten in der eventuell habitablen Zone:
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Gliese 581 d
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Gliese 581 c
„Gliese 581 d“
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24. April 2007 entdeckt
Lange Zeit Status als erdähnlichster
Exoplanet
→ 24. August 2009 Aktion „Hello from Earth“
→ Aussendung von Nachrichten der Menschen
aus aller Welt zu Gliese 581 d
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ABER: Untersuchung von Paul Robertson et al.:
Gliese 581 d existiert nicht!!
„Gliese 581 c“
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24. April 2007 entdeckt
Mind. 5 Erdmassen; 1/14 AU entfernt vom
Stern; Umlaufzeit 13 Tage; erste
Temperaturschätzungen: -3°C bis +40°C,
aber nach moderne Messungen
wahrscheinlich zu heiß für erdähnliches
Leben
4.1 Verbesserung der
Messungen
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Neue Innovationen (z.B. siehe Abschnitt
4.2) oder Verbesserungen an bereits
vorhandenen Instrumenten
z.B. Verbesserungen bei HARPS:
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Entwicklung eines Laser-Frequenzkamms
zur Senkung der Messschwankungen im
ungenauen Referenzspektrum
4.2.1 ESPRESSO
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„Echelle Spectrograph for Rocky Exoplanet
and Stable Spectroscopic Observation“
Projekt der ESO seit 2010 in Arbeit
Installation am „Very Large Telescope“
voraussichtlich Ende 2016
Ziel des Projekts: Entwicklung eines
hocheffizienten Spektrographen für die
Entdeckung von Gesteins-Exoplaneten
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Ziele für die Messungen des
Spektrographen:
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Gut genug zur Entdeckung von
Gesteinsplaneten
Übersicht auf die physikalischen Gegebenheiten
auf den Exoplaneten
Genauere Bestimmung der chemischen
Zusammensetzung der Sterne in benachbarten
Galaxien
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Messgenauigkeit von 10cm/s
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Messschnelligkeit unter einer Minute
4.2.2 CODEX
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„COsmic Dynamic Experiment“
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Abdeckung mehrerer Aufgabenbereiche:
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Hauptaufgabe: Messung der kosmischen
Expansion
Aber unter Anderem auch Entdeckung von
Exoplaneten mit erdähnlicher Masse
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ABER: viele technische Innovationen für
die Aufgabenbereich nötig
→ zum Teil noch nicht existent
→ ESPRESSO wichtig als Vorläufer
→ Welche Technik wird für die gewünschten
Ergebnisse benötigt??
Quellen
- http://de.wikipedia.org/wiki/Planet, Stand:
9.9.2014, Aufrufdatum: 31.10.2014
- http://, Aufrufdatum: 30.10.2014
- A. Weigert, H.J. Wendker, L. Wisotzki,
„Astronomie und Astrophysik“, WILEY-VCH
Verlag, Weinheim (5 2009)
- Institut der Geophysik der Universität Köln,
http://, Aufrufdatum: 31.10.2014
http://www.astronews.com/frag/antworten/3/
frage3286.html, Stand: 5.11.2012,
Quellen
- http://exoplanets.org/rpf.html, Aufrufdatum:
1.11.2014
- http://de.wikipedia.org/wiki/51_Pegasi_b,
Stand: 1.1.2014, Aufrufdatum: 2.11.2014
- http://www.exoplaneten.de/51peg/,
Aufrufdatum: 2.11.2014
- http://de.wikipedia.org/wiki/51_Pegasi,
Stand: 30.8.2014, Aufrufdatum: 2.11.2014
- http://www.exoplaneten.de/upsand/,
Aufrufdatum: 2.11.2014
-
Bildquellen
http://www.mgvoss.de/resources/Radialmet
hode.jpg
-
http://www.eso.org/sci/facilities/lasilla/instru
ments/harps/images/harps_og.jpg
-
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/comm
ons/thumb/8/8b/Maquette_de_Gaia_salon_
du_Bourget_2013_DSC_0191.JPG/250pxMaquette_de_Gaia_salon_du_Bourget_201