Page in EnglishTransit von Exoplanet TrES-3b
07. April 2010
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Exoplaneten und ihre Entdeckung
Transit vom Exoplanet TrES-3b, aufgezeichnet am 07. April 2010 in Nonndorf - Österreich
Auswertung und Archivierung der Beobachtungsdaten im Projekt TRESCA
Exoplaneten und ihre Entdeckung
Ein extrasolarer Planet (Exoplanet) ist ein Planet in einem anderen Sonnensystem. Er umkreist dabei also einen fremden Stern. Bis zum Jahr 1990 konnten die Astronomen eigentlich nur wissenschaftlich begründete Vermutungen über die Existenz von Planeten bei anderen Sternen anstellen. Der Beweis für die Existenz von Planeten auch außerhalb unseres eigenen Sonnensystems war bis dahin selbst mit Großteleskopen noch nicht gelungen.
Die Timingmethode
Im Jahr 1990 konnten durch den polnischen Astronomen Aleksander Wolszczan dann erstmals bei einem fremden Stern, allerdings bei dem Pulsarstern PSR 1257+12, zwei Planeten durch die Messung der Periodeänderung des Pulsarstrahls nachgewiesen werden. Dieses System mit einem Pulsarstern ist jedoch mit einem Sonnensystem wie das unsere nicht vergleichbar.
Die Radialgeschwindigkeitsmethode
Der erste Exoplanet in einer Umlaufbahn um einen sonnenähnlichen Stern wurde 1995 von Michel Mayor vom Departement für Astronomie der Universität Genf und seinem Mitarbeiter Didier Queloz mit Hilfe der Radialgeschwindigkeitsmethode entdeckt. Der dadurch entdeckte Planet bekam die Bezeichnung Pegasi 51b und umkreist den 40 Lichtjahre entfernten Stern Pegasi 51 im Sternbild Pegasus. Bei der Radialgeschwindigkeitsmethode werden Blau- und Rotverschiebungen des Lichts durch den Dopplereffekt ausgewertet. Diese Verschiebungen entstehen durch das Bewegen des Sterns um einen gemeinsamen Masseschwerpunkt.
Innerhalb von 15 Jahren wurden bis zum 18. Mai 2010 insgesamt 455 Exoplaneten in 388 verschiedenen Sternsystemen nachgewiesen. Die gefundene Anzahl reicht dabei bis zu fünf Exoplaneten pro Stern. In einem Umkreis von etwa 330 Lichtjahren konnten bisher bei etwa 7% der Sterne auch Exoplaneten nachgewiesen werden. Da man jedoch bisher aus technischen Gründen nur relativ große Planeten von der Erde aus erfassen konnte, wird der tatsächliche Anteil der Sterne mit Planeten in Zukunft vermutlich noch deutlich höher sein.
Die Transitmethode
Im Mai 2010 sind etwa 80 Exoplaneten bekannt, deren Bahnebene zufällig in Richtung Erde orientiert ist. Daher ziehen diese Planeten bei der Umkreisung ihres Heimatsterns vor dessen Sternscheibe vorbei. Bei diesen Exoplanet Systemen ist somit eine Datenerfassung auch durch die Transitmethode möglich. Wenn ein dunkler Planet vor der hellen Sternscheibe vorbei zieht, vermindert er dabei geringfügig die scheinbare Gesamthelligkeit des Sterns für die Transitdauer. Das Ereignis kann dann mit einer entsprechender Anzahl von genauen Aufnahmen erfasst werden. Für brauchbare Ergebnisse müssen am Stern durch den Planetentransit verursachte Helligkeitsschwankungen im Bereich von nur 0.27 bis 3.7 Prozent zeitgenau erfasst werden. Diese Aufnahmen werden später mit geeigneter und sorgfältiger Methode ausgewertet und so die Transitkurve mit entsprechenden Toleranzen gebildet. Aus der resultierenden Kurvenform kann man Details zur Bahnlage und zum Ablauf der Bedeckung ableiten.
Weitere Methoden zum Nachweis eines Exoplaneten sind im Profibereich das Microlensing und direkte bildgebende Verfahren. Einige wenige Amateure haben aber auch schon ein selbstgebautes Spektrometersystem erfolgreich für die Radialgeschwindigkeitsmethode eingesetzt. Die Transitmethode ist für Amateurastronomen jedoch meist die einzige realisierbare Messmethode. Und damit ist tatsächlich sogar schon einigen Amateuren eine Neuentdeckung eines Exoplaneten gelungen.
Die Enzyklopädie der extrasolaren Planeten
TRESCA Exoplanets Projekt - mit Transitdatenbank
Das Exoplanetsystem TrES-3
Der Exoplanet TrES-3b umkreist den Stern mit der Katalognummer GSC 03089-00929 im Sternbild Herkules. Der Exoplanet TrES-3b wurde offiziell durch Francis T. O’Donovan unter Mitwirkung von 18 weiteren Astronomen im Jahr 2007 entdeckt. Der Exoplanet ist etwas größer als Jupiter und wurde über einen längeren Zeitraum durch mehrere Messungen nachgewiesen. Am 26. März 2007 konnte ein Transit des Planeten vor seinem Stern mit einem 1.2 Meter Teleskop erfasst werden. Ein weiterer Transit wurde am 08. April 2007 mit einem 2 Meter Teleskop aufgezeichnet. Spektrale Messungen mit dem 10 Meter Keck Teleskop auf Hawai zur Bestimmung der Radialgeschwindigkeit des gemeinsamen Masseschwerpunktes ergaben eine Amplitude von 378.4 m/s. Der umkreisende Exoplanet zieht den gemeinsamen Masseschwerpunkt bei in seiner Umrundung in einem Kreis. Von der Erde aus betrachtet kann so spektral eine sinusförmige Bewegung nach vor in Richtung Erde und auch in die Gegenrichtung gemessen werden.
Transitdatenbank - Exoplanet TrES-3b
Daten zum Stern GSC 03089-00929RA (J2000.0) 17h 52m 07.03s DEC (J2000.0) +37° 32´ 46.10" Katalogbezeichnung GSC 03089-00929 Entfernung 1300 Lichtjahre Helligkeit V +12.402mag Helligkeit B-V 0.712mag Helligkeit V-R 0.417mag Helligkeit V-I 0.799mag Helligkeit J +11.015mag Spektralklasse GV Oberflächentemperatur 5720 K Masse 0.924 Sonnenmassen Radius 0.813 SonnenradienDaten zum Exoplanet TrES-3b Bezeichnung TrES-3b Type Hot Jupiter Masse 1.92 Jupitermassen ± 0.081 Radius 1.295 Jupiterradien Bahnradius 0.0226 AE Inklination 82.15 Grad Orbitalperiode 1.30619 Tage ±0.00001 Exzentrizität 0 Transitdauer 0.05375 Tage (77.4 Minuten) Transittiefe 0.029 mag |
Das Exoplanetsystem TrES-3 (vereinfacht)
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Transit vom Exoplanet TrES-3b, aufgezeichnet am 07. April 2010 in Nonndorf
Der Stern mit der Katalogbezeichnung GSC 03089-00929 befindet sich mit 1300 Lichtjahren im Vergleich zu anderen Exoplanetsystemen relativ weit von unserem Sonnenystem entfernt. Mit einer visuellen Helligkeit von +12.4mag ist diese fremde Sonne für das freie menschliche Auge fast um den Faktor 1000 zu schwach. Selbst in einem normalen Fernglas bleibt dieser Stern noch unsichtbar. Dieses ohnehin schwache Sternlicht wird beim Transit des Exoplanten TrES-3b, dessen Scheibe etwa 17% vom Durchmesser der Sternscheibe hat, um maximal 2.7% abgeschwächt. Dieser Transitvorgang dauert insgesamt 77.4 Minuten und muß bei der Messung zeitgenau in vielen Einzelbildern mit entsprechender Qualität erfasst werden.
Sternkarte mit der Position von TrES-3
Die Aufnahmedaten - insgesamt 326 CCD Bilder
Der Aufbau für die Aufnahme des Exoplanet Transits
CCD Aufnahme von TrES-3b und Vergleichssternen
Photometrische Auswertung der CCD Aufnahmen
Photometrische Auswertung mit der MPO Software Canopus
Datenfile Exoplanet Transit
Grafische Darstellung der Daten und Bestimmung der maximalen Bedeckung mit der Lichtkurven Analysesoftware Peranso 2.40 von Tonny Vanmunster.
Die nahezu V-förmige Kurvengestalt ohne ausgeprägt flachen Bodenbereich ergibt sich aus dem Umstand, dass sich der Exoplanet bei seinem Transit immer sehr nahe am Rand des Sterns bewegte.
Auswertung und Archivierung der Beobachtungsdaten im Projekt TRESCA
Nach der selbst durchgeführten photometrischen Auswertung der Messaufnahmen, können die Daten von einem Exoplanet Transit auch an das Project TRESCA der "Variable Star and Exoplanet Section of Czech Astronomical Society" gesendet werden. Die Messdaten werden dort überprüft, ausgewertet und in einer frei zugänglichen Datenbank archiviert.
Meine Messdaten vom 07. April 2010 wurden ebenfalls an das Project TRESCA gesendet und dort ausgewertet. Die archivierten Ergebnisse können hier direkt unter dem folgenden Link gefunden werden.
Exoplanet TrES-3b Transit - 2010/04/07
Sternkarte erstellt mit Guide 8 von Bill J Gray.
Der Teleskopstandort bei der Datenerfassung war in Nonndorf auf Position 15.23563° Ost, 48.78707° Nord und 547 MSL. In der Zeit vom 06. April 2010 23:57:45 UTC bis 07. April 2010 02:51:12 UTC wurden bei einer Außentemperatur von -2°C bis auf 0°C steigend, in 10413 Sekunden insgesamt 326 CCD Aufnahmen mit je 30 Sekunden Belichtungszeit durchgeführt und gespeichert. Bei einer durchschnittlichen Downloadzeit von 1.94s pro CCD Bild ergibt das eine Lichtsammelzeit von 9780s oder 94%. Alle Aufnahmen wurden mit der CCD Kamera Atik 314L+ (B/W) im Vollformat 1391x1039 und mit binning 1x1 durchgeführt. Die CCD Temperatur war auf -20°C (253K) eingestellt. Die Steuerung der CCD Kamera erfolgte mit der Software Artemis von Atik. Als Filter wurde ein Astronomik Luminanzfilter mit einem 95% Durchlassbereich von 380nm bis 680nm verwendet. Für das Off Axis Guiding der Montierung EQ6 wurde die integrierende Videokamera WAT-120N verwendet. Steuerung der Montierung mit Guide8 und EQMOD. Guiding mit Guidemaster. Als Optik diente der 10-Zoll Newton 1200/254mm mit Baader Multi Purpose Coma Corrector - MPCC zur Ebnung des Bildfeldes.
CCD Atik 314L+, Astronomik Luminanz Filter 380nm - 680nm bei 95%, 1x30s, Newton 1200/254mm, 1.11arcsec/pixel, FOV 25.7 x 19.2 arcmin
Das mit V bezeichnete Exoplanetsystem TrES-3 (+12.4mag) und die verwendeten Vergleichssterne mit der Nummerierung 1, 2 und 3.
Die Photometrische Auswertung der CCD Aufnahmen erfolgte mit der MPO Software Canopus Version 10 von Brian D. Warner. Dazu wurden vorerst alle Aufnahmen mit ebenfalls aufgenommenen Darkfield und Flatfield Aufnahmen entsprechend korrigiert. Das Darkfield stammte aus einer einige Wochen zuvor aufgenommenen Sammlung. Die Flatfield Aufnahmen wurden nach dem Transit mit einer EL Folie 297x420mm gemacht. Unter Berücksichtigung einer Reihe von vorher definierten Parametern wurden dann mit der MPO Software in mehreren Arbeitsschritten die Photometrischen Daten ermittelt. Von den insgesamt 326 CCD Aufnahmen habe ich vier CCD Bilder (00:24:20 - 00:26:28 UTC) wegen Nachführfehler, verursacht durch einen zu starken Windstoß, von der Auswertung ausgeschlossen. Die Amplitudenwerte für die Helligkeitskurve sind als relative Werte und in Magnituden angegeben. Die dazugehörenden Zeitangaben wurden direkt aus den FITS Bilddateien übernommen und in Heliozentrische Julianische Zeiten (HJD) umgerechnet. Der Korrekturfaktor errechnet sich aus den Himmelskoordinaten des Objektes, dem Datum und der Beobachtungszeit. Er beträgt bei dieser Beobachtung 0.00098 JD oder 84.7 Sekunden. Mit der Angabe von heliozentrischen Zeiten können Beobachtungen die zu unterschiedlichen Zeiten gemacht werden später verbunden werden da die verschiedenen Lichtlaufzeiten des Signals zur Erde damit kompensiert werden. Ohne diese Korrektur könnten Zeitfehler bis zu 16.62 Minuten entstehen. Das entspricht der Lichtlaufzeit für die Distanz von zwei Astronomische Einheiten (AE) oder 299.2 Millionen Kilometer.
TrES-3b am 07. April 2010
Maximale Bedeckung bei HJD 2455293.556389 ±0.0033, Value = -0.874468
Datenauswertung im Projekt TRESCA
Numerische Daten vom TRESCA Projekt Server:
JD mid: 2455293.55512 ± 0.0006
HJD mid: 2455293.55610 ± 0.0006 (helcor = 0.00098)
Mid transit - UT: 2010-04-07 01:19:22
Duration: 74.3 ± 2.9 minutes
Depth: 0.0284 ± 0.0014 mag
Planet radius: 1.275 ± 0.031 RJup
Inclination: 81.37 -0.27|1.55+0.29|1.56 °
Wie man sieht wurde das Ereignis des Exoplanet Transits von TrES-3b in brauchbaren Daten erfasst. Nachdem das meine erste Messung eines Exoplanet Transists war, hoffe ich in Zukunft auch noch weitere Exoplanetentransits in anderen Sonnensystemen erfassen zu können.
© 2010 G. Dangl
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08. Juni 2010 |
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