Die Rotation eines weit entfernten Planeten zu beobachten, könnte eine Falle bergen: Eine scheinbare Rotation kann von seiner Atmosphäre stammen, während sich der Boden viel langsamer dreht. Stephen R. Kane von der University of California in Riverside zeigt, dass dieses Problem die Untersuchung von Gesteinswelten, die der Venus ähneln, erschweren könnte.
Die Venus liefert dafür genau das anschaulichste Beispiel. Ihre Oberfläche braucht etwa 243 Erdentage für eine Umdrehung. Ihre obere Atmosphäre umrundet den Planeten dagegen in nur wenigen Tagen. Die Wolken werden also viel schneller als der Boden mitgerissen – ein Phänomen, das als Superrotation bezeichnet wird.
Ansicht der Venus durch Mariner 10
Bei einem Exoplaneten sehen Astronomen die Oberfläche normalerweise nicht direkt. Stattdessen analysieren sie das vom Planeten reflektierte Licht. Die in diesem Licht vorhandenen Linien verschieben sich je nach Geschwindigkeit der Materie, die sie zurückwirft, geringfügig. Mit dieser Methode lässt sich eine Rotation schätzen, tatsächlich misst sie jedoch die atmosphärische Schicht, aus der die Photonen stammen.
Hier entsteht die Mehrdeutigkeit.
Der Forscher erstellte ein Modell, das die Rotation des Bodens, die von Osten nach Westen zirkulierenden Winde und den beleuchteten Teil des Planeten miteinander verbindet. Das Ergebnis: Bei einer einzigen Spektrallinie, die in einem engen Druckbereich entsteht, können bestimmte Winde genau das Signal einer schnell rotierenden Planetenoberfläche nachahmen.
Mit anderen Worten: Ein Planet, der der Venus vergleichbar ist, könnte je nach beobachteter Höhe unterschiedliche Antworten liefern. In dem Modell mit venusähnlichen Winden steigt die scheinbare Umlaufdauer von mehreren hundert Tagen in den unteren Schichten auf etwa vier oder fünf Tage in Höhe der Wolken.
Eine Lösung besteht darin, mehrere Wellenlängen zu betrachten. Sie durchqueren die Atmosphäre nicht alle auf dieselbe Weise und können Schichten mit unterschiedlichen Drücken untersuchen. Wenn sich die scheinbare Geschwindigkeit mit der Höhe verändert, haben die Astronomen einen Hinweis darauf, dass die Winde das Signal dominieren. Eine einzige Geschwindigkeitsmessung würde daher nicht immer ausreichen, um die Länge eines Planetentages zu bestimmen.
Diese Unterscheidung ist wichtig, um heiße Gesteinsplaneten zu verstehen. Die Rotationsgeschwindigkeit beeinflusst die Luftzirkulation, die Wärmeverteilung und die Wolken. Eine Verwechslung der schnellen Bewegung der Atmosphäre mit der des Bodens könnte daher dazu führen, dass ein Klima anhand eines falschen Tag-Nacht-Rhythmus rekonstruiert wird.
Die Methode muss nun mit den Möglichkeiten künftiger Instrumente verglichen werden. Die Studie schätzt insbesondere die erforderliche spektrale Genauigkeit und Signalqualität, um Geschwindigkeiten zwischen mehreren Schichten zu unterscheiden. Das künftige Habitable Worlds Observatory der NASA und Spektrografen mit sehr hoher Auflösung könnten auf Welten in der Nähe der Venus nach diesem Zeichen einer „falschen Rotation“ suchen.