Während die nächste Generation riesiger Hochleistungsobservatorien ihren Betrieb aufnimmt, deuten jüngste Forschungsergebnisse darauf hin, dass ihre Werkzeuge Wissenschaftlern eine beispiellose Möglichkeit bieten könnten, die Wetterbedingungen auf entfernten Exoplaneten zu verstehen. Die als Extremely Large Telescope (ELT) bekannten Observatorien, zu denen das Extremely Large Telescope (ELT), das Giant Magellan Telescope (GMT) und das Thirty Meter Telescope (TMT) gehören, werden die größten jemals gebauten bodengestützten Teleskope sein, deren Instrumente voraussichtlich das James Webb Space Telescope übertreffen werden.

Die nächste Generation von Riesenteleskopen wird beispiellose Möglichkeiten zur Untersuchung des Wetters und der Oberflächenveränderungen entfernter kosmischer Objekte bieten und dabei helfen, deren chemische Zusammensetzung und Magnetfelder zu erforschen. Diese fortschrittliche Fähigkeit wird die Suche nach außerirdischem Leben verbessern, indem sie detaillierte Einblicke in potenziell bewohnbare Planeten liefert. Künstlerische Illustration einer fremden Welt. Die Forschung nutzt einen neuen Code, um die Fähigkeiten von Teleskopen der nächsten Generation zu testen.

Die mit diesen leistungsstarken Instrumenten gesammelten Daten werden es Astronomen ermöglichen, mithilfe der Doppler-Bildgebung – einer Technik, die zweidimensionale Karten der Oberflächen von Himmelskörpern reproduzieren kann – die magnetischen und chemischen Eigenschaften ultrakalter Ziele (oder kosmischer Objekte mit Temperaturen unter 2700 K, wie Braune Zwerge (BD) oder Sterne mit sehr geringer Masse (VLM)) und sogar einiger Exoplaneten präzise zu messen.

Die Möglichkeit, die chemische Zusammensetzung dieser Objekte genauer zu untersuchen, trägt nicht nur dazu bei, unser Verständnis einiger der mysteriösesten Objekte im Universum zu verbessern, sondern liefert auch tiefere Einblicke in die Suche nach Leben auf anderen Welten, sagte Michael Plummer, Hauptautor der Studie und Doktorand der Astronomie an der Ohio State.

„Das Verständnis der Atmosphären anderer Körper außerhalb unseres Sonnensystems ermöglicht uns nicht nur zu verstehen, wie sich die Erdatmosphäre verhält, sondern ermöglicht es Wissenschaftlern auch, diese Konzepte auf die Untersuchung potenziell bewohnbarer Planeten anzuwenden“, sagte Plummer.

Die Forschung wurde kürzlich im Astrophysical Journal veröffentlicht.

Magnetismus ist bei der Suche nach Welten wie unserer besonders wichtig, da man davon ausgeht, dass Magnetfelder, insbesondere die von kleineren Sternensystemen, notwendig sind, um zu unterstützen und zu beeinflussen, ob Planeten Leben auf ihren Oberflächen ermöglichen können.

Um diese Suche zu unterstützen, haben Plummer und der Co-Autor der Studie, Ji Wang, Assistenzprofessor für Astronomie an der Ohio State University, zuvor einen öffentlich zugänglichen Analysecode namens „Imber“ entwickelt, um Unterschiede wie das Vorhandensein magnetischer Sternflecken, Wolkensysteme und anderer atmosphärischer Phänomene (wie Hurrikane) auf der Oberfläche entfernter Objekte zu simulieren und daraus abzuleiten.

In dieser Studie nutzten sie die Technik, um die wissenschaftlichen Fähigkeiten verschiedener ELT-Instrumente zur Erkennung von Oberflächenveränderungen auf sechs Zielen abzuschätzen: Trappist-1, ein gut untersuchtes Sieben-Planeten-System etwa 40 Lichtjahre von der Erde entfernt, zwei Braune Zwerge und drei Exoplaneten.

Sie nutzten diese Technologie, um die Fähigkeiten des Large Earth Explorer (GMT/GCLEF) von GMT, des ELT Imager and Spectrograph (ELT/METIS) im mittleren Infrarotbereich von ELT und des hochauflösenden Multi-Object Diffraction Limiting Infrarot-Spektrographen (MODHIS) von TMT zu untersuchen.

Die Forscher fanden heraus, dass das Erkennen von Sternflecken auf Trappist-1 zwar für alle drei Instrumente aufgrund der Randneigung von Trappist-1 (oder seiner parallel zum Rest des Himmels verlaufenden Umlaufbahn) eine Herausforderung darstellte, ELT und TMT jedoch hochauflösende Beobachtungen von Braunen Zwergen und Exoplaneten in einer einzigen Rotation ermöglichen konnten.

Im Gegensatz dazu erfordern die Instrumente von GMT mehrere Beobachtungsrunden, um festzustellen, ob die zur Untersuchung ausgewählten Exoplaneten Oberflächenunregelmäßigkeiten aufweisen. Insgesamt zeigt diese Studie, dass ihre Technik die zukünftigen Fähigkeiten von ELTs genau abschätzen und dabei helfen kann, festzustellen, ob zukünftige Ziele größere Studien erfordern.

Plummer sagte auch, die neue Technik habe das Interesse von Wissenschaftlern geweckt, die hoffen, die Entdeckung von Planetenobjekten mithilfe der Radialgeschwindigkeitsmethode zu identifizieren oder zu bestätigen – einer Methode zur Entdeckung von Exoplaneten durch Untersuchung der leichten Gravitationswirkung, die ein Objekt auf den Stern hat, den es umkreist. Im Wesentlichen ist ihre Forschung der erste Schritt, um Wissenschaftlern dabei zu helfen, das Beste aus zukünftigen astronomischen Instrumenten herauszuholen.

„Je mehr wir über andere erdähnliche Planeten erfahren, desto mehr können diese Entdeckungen die Geowissenschaft selbst beeinflussen. Unsere Arbeit eignet sich hervorragend, um diese Beobachtungen in der realen Welt zu ermöglichen“, sagte Plummer.