Radiostrahlung von Exoplaneten
Auf der Suche nach Radiosignalen von Planeten außerhalb des Sonnensystems
Der erzwungene Lockdown aufgrund der COVID-19-Pandemie hat mich auf die Idee gebracht, nicht nur meine eBooks und meine bisherige Forschungsarbeit auf diesem Blog vorzustellen, sondern auch einen Spendenaufruf für zukünftige wissenschaftliche Studien zu starten. Die Einnahmen sollen auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern zugute kommen, die an dieser Forschung beteiligt sind. Dabei schwebt mir vor, dass die Verkäufe meiner eBooks einen Teil der nötigen Forschungsfinanzierung einbringen sollen. Wenn meine eBooks also so absolut nicht euer Ding sind, so unterstützt ihr doch mit jedem Kauf unabhängige Forschung. Wer auch immer sich durch diesen Aufruf dazu entscheidet, eines oder mehrere meiner eBooks zu kaufen, hat meinen ans Unendliche grenzenden Dank. Es wäre auch eine große Hilfe, wenn dieser Blogpost von euch so weit verbreitet wird wie irgend möglich. Ebenfalls vielen Dank an jede und jeden, die/der mich dahingehend unterstützt. Eine weitere Möglichkeit der Unterstützung sind Spenden auf mein Paypal-Konto, chris210007@hotmail.com, oder auf mein Konto mit dem IBAN AT71
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Worum geht es? Bisheriger Stand der Forschung
In meiner Doktorarbeit habe ich mich mit der Radiostrahlung von Exoplaneten beschäftigt. Nach dieser elektromagnetischen Strahlung im Radiowellenlängenbereich sucht man schon länger, hat sie aber noch nicht zweifelsfrei detektiert. Es gab zwar Detektionen, die vom beobachteten Sternsystem kommen, allerdings ist noch nicht bewiesen, dass die Strahlung tatsächlich von Planeten und nicht vielleicht doch vom Mutterstern kommt. Viele theoretische Studien haben versucht, die Liste potentieller Kandidaten, die beobachtet werden sollen, einzuengen, damit nicht alle - Stand 3.7.2020 laut exoplanet.eu 4281 - entdeckten Exoplaneten anvisiert werden müssen.
Man war sich bis vor Kurzem relativ einig, dass sogenannte heiße Jupiter - Planeten mit ähnlichem Radius und ähnlicher Masse wie Jupiter, aber viel näher (näher als der Abstand zwischen Merkur und Sonne) an ihrem Mutterstern und deshalb heiß - die höchste Wahrscheinlichkeit für eine erfolgreiche Beobachtung aufweisen. Das liegt in der Natur des Entstehungsprozesses dieser Strahlung, die aus einer Wechselwirkung zwischen dem Sternwind und dem Magnetfeld eines Planeten erzeugt wird. Je näher der Planet an seinem Mutterstern, umso stärker die Leistung der abgestrahlten Radiostrahlung, so die Annahme. Auch das Magnetfeld des Planeten ist ein wichtiger Faktor für die Stärke der Strahlung. Je stärker es ist, umso höher liegt die Frequenz der abgestrahlten Radiowellen. Und eine gewisse Höhe muss diese Frequenz erreichen, um auf der Erde beobachtbar zu sein, denn unterhalb von 10 Megahertz blockt die Ionosphäre der Erde die Strahlung ab.
Das planetare Magnetfeld skaliert unter anderem mit der Rotation des Planeten und indirekt mit dessen Masse. Es entsteht nach dem gleichen Prinzip wie bei einem Dynamo für Fahrradlichter. Je schneller die Rotation, desto stärker der Dynamo und umso stärker das Magnetfeld. Ein stärkeres Magnetfeld bedeutet höhere Radiostrahlung.
Ein weiterer wichtiger Faktor ist das Plasma, welches mit dem Magnetfeld des Planeten wechselwirkt und so zur Erzeugung dieser Strahlung führt. Dieses Plasma muss von irgendwoher kommen. Das Magnetfeld alleine reicht nicht. Deshalb auch die berechtigte Annahme, dass heiße Jupiter, mit hoher Masse und starkem Magnetfeld, die besten Ziele für Beobachtung sind. Durch die Nähe zum Mutterstern sind sie einem stärkeren Sternwind ausgesetzt. Dieser Sternwind ist nichts anderes als ein Plasmastrom, der mit dem planetaren Magnetfeld interagiert. Die Skalierung der Radiostrahlung mit dem Sternwind hat man durch die Radiostrahlung von Saturn abgeleitet. Dort hat man anhand von Messungen der Voyager-Raumsonden herausgefunden, dass bei stärkerem Sonnenwind die Saturn-Radiostrahlung stärker wird. Deshalb hat man aus diesem Zusammenhang Skalierungen für Exoplaneten abgeleitet, die theoretisch zu viel stärkerer Strahlung führen, wenn der Planet in einem stärkeren, dichteren, heißeren Plasma vom Mutterstern eingebettet ist.
Bei Planeten, die nicht so nahe am Mutterstern sind wie heiße Jupiter, funktioniert das Prinzip ein bisschen anders. Einerseits rotieren äußere Planeten schneller. Heiße Jupiter sind durch ihre Nähe zum Stern rotationsmäßig an diesen gekoppelt, was ihren Dynamo, also ihr Magnetfeld, schwächt. Diese Einschränkung gilt zum Beispiel für Jupiter im Sonnensystem nicht. Allerdings erhält Jupiter weniger Plasma von der Sonne, weil er 5.2 Astronomische Einheiten von ihr entfernt ist. Woher kommt dort das Plasma? Die Antwort ist lunar: Io, einer der Jupitermonde, stellt seinem Planeten durch vulkanische Aktivität das nötige Plasma zur Wechselwirkung mit dem planetaren Magnetfeld zur Verfügung.
Für die Planeten unseres Sonnensystems ist übrigens hinlänglich bekannt, dass sie besagte Radiostrahlung emittieren. Jupiter sogar so stark, dass sie von der Erde aus messbar ist.
Man war sich bis vor Kurzem relativ einig, dass sogenannte heiße Jupiter - Planeten mit ähnlichem Radius und ähnlicher Masse wie Jupiter, aber viel näher (näher als der Abstand zwischen Merkur und Sonne) an ihrem Mutterstern und deshalb heiß - die höchste Wahrscheinlichkeit für eine erfolgreiche Beobachtung aufweisen. Das liegt in der Natur des Entstehungsprozesses dieser Strahlung, die aus einer Wechselwirkung zwischen dem Sternwind und dem Magnetfeld eines Planeten erzeugt wird. Je näher der Planet an seinem Mutterstern, umso stärker die Leistung der abgestrahlten Radiostrahlung, so die Annahme. Auch das Magnetfeld des Planeten ist ein wichtiger Faktor für die Stärke der Strahlung. Je stärker es ist, umso höher liegt die Frequenz der abgestrahlten Radiowellen. Und eine gewisse Höhe muss diese Frequenz erreichen, um auf der Erde beobachtbar zu sein, denn unterhalb von 10 Megahertz blockt die Ionosphäre der Erde die Strahlung ab.
Das planetare Magnetfeld skaliert unter anderem mit der Rotation des Planeten und indirekt mit dessen Masse. Es entsteht nach dem gleichen Prinzip wie bei einem Dynamo für Fahrradlichter. Je schneller die Rotation, desto stärker der Dynamo und umso stärker das Magnetfeld. Ein stärkeres Magnetfeld bedeutet höhere Radiostrahlung.
Ein weiterer wichtiger Faktor ist das Plasma, welches mit dem Magnetfeld des Planeten wechselwirkt und so zur Erzeugung dieser Strahlung führt. Dieses Plasma muss von irgendwoher kommen. Das Magnetfeld alleine reicht nicht. Deshalb auch die berechtigte Annahme, dass heiße Jupiter, mit hoher Masse und starkem Magnetfeld, die besten Ziele für Beobachtung sind. Durch die Nähe zum Mutterstern sind sie einem stärkeren Sternwind ausgesetzt. Dieser Sternwind ist nichts anderes als ein Plasmastrom, der mit dem planetaren Magnetfeld interagiert. Die Skalierung der Radiostrahlung mit dem Sternwind hat man durch die Radiostrahlung von Saturn abgeleitet. Dort hat man anhand von Messungen der Voyager-Raumsonden herausgefunden, dass bei stärkerem Sonnenwind die Saturn-Radiostrahlung stärker wird. Deshalb hat man aus diesem Zusammenhang Skalierungen für Exoplaneten abgeleitet, die theoretisch zu viel stärkerer Strahlung führen, wenn der Planet in einem stärkeren, dichteren, heißeren Plasma vom Mutterstern eingebettet ist.
Bei Planeten, die nicht so nahe am Mutterstern sind wie heiße Jupiter, funktioniert das Prinzip ein bisschen anders. Einerseits rotieren äußere Planeten schneller. Heiße Jupiter sind durch ihre Nähe zum Stern rotationsmäßig an diesen gekoppelt, was ihren Dynamo, also ihr Magnetfeld, schwächt. Diese Einschränkung gilt zum Beispiel für Jupiter im Sonnensystem nicht. Allerdings erhält Jupiter weniger Plasma von der Sonne, weil er 5.2 Astronomische Einheiten von ihr entfernt ist. Woher kommt dort das Plasma? Die Antwort ist lunar: Io, einer der Jupitermonde, stellt seinem Planeten durch vulkanische Aktivität das nötige Plasma zur Wechselwirkung mit dem planetaren Magnetfeld zur Verfügung.
Für die Planeten unseres Sonnensystems ist übrigens hinlänglich bekannt, dass sie besagte Radiostrahlung emittieren. Jupiter sogar so stark, dass sie von der Erde aus messbar ist.
Alle Quellen zu diesem Text finden sich in meiner oben verlinkten Doktorarbeit und in den im P.S. angegebenen Links.
Was haben wir zusätzlich herausgefunden?
In meiner Doktorarbeit und den damit zusammenhängenden Veröffentlichungen haben wir herausgefunden, dass die oben erwähnte Skalierung nicht so einfach funktionieren dürfte. Die vorhergehenden theoretischen Studien haben einen wichtigen Effekt nicht berücksichtigt. Durch die Nähe zum Stern werden Atmosphäre und Ionosphäre der heißen Planeten aufgebläht, was dazu führen kann, dass die dort erzeugte Radiostrahlung schon vor der Abreise von ihrem Geburtsort abgeblockt wird. Das liegt an einer Regel des Entstehungsprozesses: wenn das Hintergrundplasma nicht ausgedünnt genug ist, dann können sich die Radiowellen nicht fortbewegen. Bei heißen Jupitern ist die Plasmadichte durch die Nähe zum Stern in der gesamten Magnetosphäre (also im gesamten Einflussbereich des Magnetfelds des Planeten) erhöht. Die Aufblähung der Atmosphäre wird allerdings nur dann schlagend, wenn der Planet nicht massiv genug ist. Ab einer bestimmten Masse bleibt die Atmosphäre kompakt, auch für heiße Jupiter. Diese Grenzmasse, ab der ein heißer Jupiter eine kompakte Atmosphäre hat, wollen wir in zukünftigen Studien bestimmen.
Warum ist das alles wichtig?
Der wohl wichtigste Aspekt ist das Magnetfeld von Exoplaneten. Da man bei Beobachtungen von Radiostrahlung mittels sogenannter Radioteleskope oder durch Raumsonden eine Frequenz misst, die direkt mit der planetaren Magnetfeldstärke zusammenhängt, kann man daraus auf das Magnetfeld des jeweiligen Planeten rückschließen. Das wurde im Sonnensystem für alle Planeten mit einem durch Dynamo erzeugten Magnetfeld gemacht. Deshalb kennt man die maximalen Magnetfeldstärken von Jupiter, Saturn, Uranus oder Neptun. Das gleiche würde für Exoplaneten gelten.
Dabei ist zu beachten, dass ein Magnetfeld extrem wichtig ist, um Leben auf einem Planeten zu ermöglichen. Die Magnetosphäre der Erde schützt uns beispielsweise vor tödlicher Strahlung aus dem Weltall. Sollte also irgendwann ein terrestrischer Planet mit Radioteleskopen entdeckt werden - was im Moment nicht realistisch ist -, dann könnte man auf diese Art sichergehen, dass dort ein schützendes Magnetfeld vorhanden ist.
Für alle Exobiologen oder die, die es noch werden wollen: Signale von Außerirdischen werden üblicherweise auch im Radiowellenlängenbereich gesucht.
Man könnte noch einige andere Parameter aus einer Beobachtung von Radiostrahlung von Exoplaneten ableiten. Zum Beispiel die Rotationsperiode des Planeten.
Was wollen wir erreichen?
- Wir möchten unter anderem mit dem im Moment größten und sensitivsten Radioteleskop der Welt, dem UTR-2 in der Ukraine, nahe bei Charkiw, Beobachtungen von zumindest 3 Sternsystemen mit aussichtsreichen Kandidaten machen.
- Wir wollen mittels eingehender theoretischer Studien viel mehr über die Regionen in der Magnetosphäre von Exoplaneten erfahren, in denen Radiostrahlung erzeugt wird.
- Wir wollen die Messung von exoplanetarer Radiostrahlung als neue Möglichkeit zur Bestimmung der Masse von Exoplaneten, für die keine exakte Masse bekannt ist, untersuchen.
Weitere Studien
Ich plane nicht nur Studien zu Exoplaneten, sondern auch zur Radiostrahlung unserer Sonne. Ich war von Jänner 2018 bis Jänner 2020 in Prag. Dort habe ich Daten der Satelliten STEREO A und STEREO B analysiert. Im Wesentlichen ging es darum, ein besseres Verständnis von der Entstehung der solaren Radiostrahlung zu bekommen. Warum ist das wichtig? Solche Studien helfen dabei, Space Weather besser zu verstehen. Wenn man exakte Vorhersagen dafür hätte, könnte man sich viel besser vorbereiten, wenn ein Sonnensturm auftritt, der nicht nur für Satelliten im Erdorbit, sondern auch für Astronauten oder technische Geräte auf der Erde gefährlich sein kann.
P.S.: Unterstützt mich und alle an den Studien beteiligten Personen bei unserer Forschung
Rotpelz und Silberglanz
Die Heiterkeit des Bösen
Schneerehchen und Rosenhirsch
Hier liest mein Cousin aus "Rotpelz und Silberglanz": https://www.youtube.com/watch?v=S3ZVtpLgu-w&feature=youtu.be
Falls ihr auch meinen Cousin unterstützen wollt, dann kauft bitte die Bücher über die Links auf seiner Homepage.
Hier sind Links zu allen wissenschaftlichen Veröffentlichungen, an denen ich beteiligt war:
- mit Spenden auf mein Konto: IBAN AT71 2081 5033 0175 5280, BIC STSPAT2GXXX
- mit Spenden via Paypal: chris210007@hotmail.com
- mit Käufen meiner eBooks.
Rotpelz und Silberglanz
Die Heiterkeit des Bösen
Schneerehchen und Rosenhirsch
Hier liest mein Cousin aus "Rotpelz und Silberglanz": https://www.youtube.com/watch?v=S3ZVtpLgu-w&feature=youtu.be
Falls ihr auch meinen Cousin unterstützen wollt, dann kauft bitte die Bücher über die Links auf seiner Homepage.
Hier sind Links zu allen wissenschaftlichen Veröffentlichungen, an denen ich beteiligt war:
https://academic.oup.com/mnras/article-abstract/480/3/3680/5063591
https://arxiv.org/pdf/1807.11920.pdf
https://arxiv.org/pdf/1807.11920.pdf
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