Woher weiß man, dass der neu entdeckte Exoplanet immer eine Seite zu seinem Stern hat?

Antworten

Gute Frage!

In erster Linie gibt es ein theoretisches Argument, das erklärt, warum der Mond uns immer von der gleichen Seite ansieht. Dieses Argument ist Gezeitenwirkung. Die Gezeiten strecken einen Körper in Richtung des Attraktors: Die dichteste Seite verdickt sich und der Rücken zieht sich vom Attraktor weg (nicht weil er abgestoßen wird, sondern weil die Anziehung geringer ist als die, die von der Körpermitte gefühlt wird). Dreht sich der Körper schneller um seine Achse als die Orbitalbewegung, dann ist die Gezeitenwölbung der Richtung zum Attraktor immer etwas voraus: Materie muss sich kontinuierlich bewegen und benötigt aufgrund von Reibungskräften eine gewisse Zeit, um sich zu bewegen; Aus diesem Grund tritt die Flut immer dann auf, wenn der Mond seinen Zenit erreicht hat. Die Kraft, die der Attraktor auf die vordere Ausbuchtung ausübt, ist größer als die auf die hintere Ausbuchtung, weil diese weiter vom Attraktor entfernt ist. Der Nettoeffekt besteht darin, dass der Attraktor der Rotation des Körpers entgegenwirkt und ihn somit verlangsamt.

Gezeiten verlangsamen daher die Rotation. Ein Gleichgewicht liegt erst dann vor, wenn Rotation und Orbitalbewegung vollständig synchronisiert sind, d.h. wenn die Rotationsperiode gleich der Umlaufzeit geworden ist. Ob und wie schnell dies geschieht, hängt von der Stärke der Gezeitenkraft ab, die sich berechnen lässt. Dabei spielt die Masse des Attraktors eine Rolle: Die schwerere Erde konnte bereits die Rotation des Mondes synchronisieren, aber der 80-mal masseärmere Mond konnte das noch nicht mit der Erde und wird nie genug Zeit haben um den Vorgang abzuschließen. Auch der Abstand zwischen ihnen spielt eine Rolle: Je näher die Körper beieinander liegen, desto schneller passiert es.

Die gleiche Physik tritt bei Doppelsternen und Sternen mit Exoplaneten auf. Kann man auch experimentell überprüfen, ob es stimmt? Ja, aber dann müssen wir diese Exoplaneten sehen können. In der Tat reicht es aufgrund der Geschwindigkeitsschwankungen des Sterns nicht aus zu wissen, dass es einen Exoplaneten gibt. Wir können die zusätzliche Beobachtung mit Exoplaneten machen, die ihre Sterne (teilweise) bedecken, weil wir uns jetzt zufällig in der Bahnebene befinden. Während der Sonnenfinsternis sehen wir eine minimale Helligkeit des Systems, aber auch zwischen den Verdunklungen beobachtet man manchmal, dass sich die Helligkeit ändert: Sie ist etwas größer, wenn der Planet hinter dem Stern ist, und etwas kleiner, wenn er auf unserer Seite ist. Die Erklärung dafür ist genau diese synchrone Drehung. Die dem Stern ständig zugewandte Seite ist wärmer und damit heller als die Rückseite, sodass wir den Planeten besser sehen können, wenn uns die heiße Seite zugewandt ist. Wenn sich der Planet nicht synchron drehen würde, würde sich die Temperatur auf der Oberfläche ständig ändern und der Kontrast zwischen Vorder- und Rückseite wäre viel geringer.

Diese Beobachtung wurde bereits viele Male für ziemlich große Planeten in der Nähe ihres Muttersterns gemacht und stimmt gut mit der theoretischen Vorhersage überein. Aufgrund dieser Übereinstimmung wagt man auch Aussagen über Planeten, die man (noch) nicht sehen kann und für die man deshalb keinen direkten Nachweis hat. Denn was man von diesen Planeten kennt, ist die Masse des anziehenden Sterns und der Abstand zwischen den beiden Körpern, und das sind – mit dem Alter des Sterns – genau die Daten, die man braucht, um theoretische Vorhersagen treffen zu können.