Staubwolken in exoplanetaren Atmosphären: Eine Laborstudie

• Antragsteller: Professor Dr. Falko Langenhorst; Dr. Alexey Potapov
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 567624163

Die Studie der Struktur, Zusammensetzung und Bildungsgeschichte von Exoplaneten und der physikalisch-chemischen Prozesse in ihren Atmosphären und Planeteninneren ist ein faszinierendes und sich rapide entwickelndes Forschungsgebiet in der Astronomie, Astrophysik und Astrochemie. Es lässt belegen, dass Wolken und Nebel in den Atmosphären von Exoplaneten weit verbreitet sind. Sie spielen eine entscheidende Rolle für die Temperaturverteilung in und Dynamik von exoplanetaren Atmosphären und bestimmen maßgeblich die beobachteten optischen Eigenschaften dieser Planeten. Darüber hinaus sind sie Entstehungsort komplexer organische Moleküle, die Voraussetzung für die Bewohnbarkeit eines Planeten sind. Deshalb sind Kenntnisse über die Bildung, Zusammensetzung, optische Eigenschaften und Chemie der Wolken und Nebel für die Entwicklung zuverlässiger atmosphärischer Modelle von grundlegender Bedeutung. Wolken in exoplanetaren Atmosphären können durch Kondensation von Silikaten oder anderen refraktären Materialien erklärt werden. Dabei scheinen Silikate das primäre Ziel für zukünftige astronomische Beobachtungen von bewölkten Atmosphären zu werden. In Atmosphäre-Modellen von Exoplaneten und Braunen Zwergen müssen Nanometer- bis Mikrometer große Silikatkörner. Belege für die Absorption von Molekülen auf Silikatkörnern lassen sich aus Spektren im mittleren Infrarot ableiten. Hochtemperatur-Laborstudien zu den optischen und strukturellen Eigenschaften von refraktären Materialien (einschließlich Silikate) und der chemischen Reaktionen an Gas-Korn-Grenzen sind Grundvoraussetzung für die Dekodierung astronomischer Spektren und die Entwicklung zuverlässiger Atmosphäremodelle. Dieses Gebiet repräsentiert wissenschaftliches Neuland. Das vorliegende experimentelle Kooperationsprojekt soll eine Brücke zwischen Beobachtung und Theorie schlagen, indem (i) ein einzigartiger Satz von Referenzspektren für Silikate im Nahen und mittleren Infrarot (0.7 – 25 µm) erzeugt wird und (ii) die Wechselwirkungen zwischen Gas und Silikatkorn untersucht werden. Die Experimente werden bei Temperaturen durchgeführt, die für die meisten Exoplanten relevant sind, sprich im Bereich zwischen 300 und 1200 K und bei Drücken zwischen 10-6 mbar und 15 bar. Zusätzlich zu den Labormessungen wird das Projekt einen direkten Bezug zu den exoplanetaren Beobachtungsdaten, deren Analyse und wissenschaftliche Interpretation haben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen