Exoplaneten

TL;DR

Methode	Funktionsprinzip	Messgröße	Besonderheiten & Einschränkungen
Radialgeschwindigkeit	Stern und Planet kreisen um einen gemeinsamen Schwerpunkt. Der Stern bewegt sich periodisch auf den Beobachter zu und weg (Doppler-Effekt).	Verschiebung des Stern-Spektrums (Wellenlänge).	• Masse ist nicht eindeutig bestimmbar, nur $M \cdot \sin (i)$ , da Inklination unbekannt. • Kann Mehrplanetensysteme und Braune Zwerge finden.
Transitmethode	Der Planet zieht vor dem Stern vorbei und verdeckt einen kleinen Teil des Lichts.	Periodische Verdunkelung des Sterns (Lichtkurve).	• Funktioniert nur bei einer Inklination von $\approx 90^{\circ}$ . • Besonders geeignet für kurzperiodische Planeten. • Transmissions-Spektroskopie: Ermöglicht Analyse der Atmosphäre, da Sternlicht durch diese hindurchscheint.
Direct Imaging	Direktes optisches Abbilden des Planeten (Trennung vom Sternlicht).	Bild / Licht des Planeten selbst.	• Liefert direkte Informationen über Oberfläche, Atmosphäre, Rotation, Wetter und Jahreszeiten. • Potenzial zur Entdeckung von Biosignaturen (Leben).

Es gibt viele verschiedene Methoden, Exoplaneten zu detektieren.

Verschiedene Methoden können verschieden grosse oder massereiche Planeten besser oder schlechter detektieren.

Radialgeschwindigkeitmethode

Stern und Planet kreisen um den Schwerpunkt des Systems. Für die Halbachsen und Massen gilt:

M_{P} a_{P} = M_{S} a_{S}

Der Planet bewegt den Stern, wenn nun von der Seite auf das System geschaut wird, bewegt sich der Stern periodisch auf den Beobachter zu und wieder weg. Das führt durch den Dopplereffekt zu einer Verschiebung des Spektrums, das gemessen werden kann.

Da man nicht weiss, in welcher Inklination man auf das System blickt, ist die Amplitude der Verschiebung nicht eindeutig auf die Masse des Planeten zurückführbar, sondern immer nur auf $M \cdot \sin (i)$ .

Mit dieser Methode können auch Mehrplanetensysteme festgestellt werden, oder andere Besonderheiten wie ein Braunen Zwerg.

Transitmethode

Bei der Transitmethode wird die Verdunkelung des Sterns festgestellt durch den Planeten, der sich zwischen Stern und Beobachter bewegt.

Eignet sich vor allem für kurz periodische Planeten.
Nur Planeten mit Inklination von 90° verursachen einen Effekt.
Der relative Effekt ist etwa 1% für Jupiter oder 0.01% für die Erde.
Die Bedeckung des Planeten und die Phase des Planeten kann für ideale Fälle auch beobachtet werden.

Eigenschaften der Planeten unseres Sonnensystems in Bezug auf die Transitmethode

Planet	$P$ [yr]	$Δ t$ [hr]	$Δ t / P$	$Δ I / I$	$p_{trans}$	$i$
Mercury	0.241	8.1	$38 \cdot 10^{- 4}$	$1.2 \cdot 10^{- 5}$	1.19 %	6.33
Venus	0.615	11.0	$20 \cdot 10^{- 4}$	$7.6 \cdot 10^{- 5}$	0.65 %	2.16
Earth	1.000	13.0	$15 \cdot 10^{- 4}$	$8.4 \cdot 10^{- 5}$	0.47 %	1.65
Mars	1.880	16.0	$9.7 \cdot 10^{- 4}$	$2.4 \cdot 10^{- 5}$	0.31 %	1.71
Jupiter	11.86	29.6	$2.9 \cdot 10^{- 4}$	1.01 %	0.089 %	0.39
Saturn	29.5	40.1	$1.5 \cdot 10^{- 4}$	0.75 %	0.049 %	0.87
Uranus	84.0	57.0	$0.77 \cdot 10^{- 4}$	0.135 %	0.024 %	1.09
Neptune	164.8	71.3	$0.49 \cdot 10^{- 4}$	0.127 %	0.015 %	0.72

$P$ is the orbital period.
$Δ t$ is the absolute transit duration.
$Δ t / P$ is the relative transit duration.
$Δ I / I$ is the transit depth.
$p_{trans}$ is the transit probability.
$i$ is the orbit inclination.

Transmission-Spektroskopie

Wenn ein Planet vor einen Stern durchläuft, fällt einiges Licht durch die Atmosphäre des Planeten und verändert somit das Spektrum. Das kann man messen und somit Schlüsse auf die Zusammensetzung der Atmosphäre machen.

Imaging von Extrasolaren Planeten

Ein Abbild eines Planeten gibt wichtige Informationen

Eigenschaften und Zusammensetzung der Atmosphäre und/oder Oberfläche
Variationen durch Rotation, Jahreszeiten, Wetter, etc.
Anzeichen von Leben durch atmosphärische Signaturen