Fernerkundung exoplanetarer Atmosphären: Wasseroberfläche und Wolken deutlich sichtbar in spektropolarimetrischen Erdschein-Beobachtungen
04.09.2017
Erdschein ist das Sonnenlicht, das von der Erde zum Mond hin reflektiert wird und dann von der dunklen Seite des Mondes zurück zur Erde reflektiert wird. Erdschein-Beobachtungen entsprechen der Beobachtung der Erde vom Weltraum aus und werden dazu verwendet, Fernerkundungsverfahren für erdähnliche Planeten zu entwickeln und zu testen. Am VLT (Very Large Telescope) der ESO in Chile wurden spektropolarimetrische Messungen des Erdscheins durchgeführt. Die Polarisation des Lichtes entsteht durch Streuung in der Atmosphäre an Molekülen, Wolkentropfen, Eiskristallen und Aerosolen sowie durch Reflektion am Boden. Jeder dieser Streuprozesse hinterlässt eine charakteristische Signatur im Polarisationsspektrum, so dass die Beobachtung Rückschlüsse auf die atmosphärische Zusammensetzung und die Bodenbeschaffenheit des Planeten zulässt.
Strahlungstransport-Simulationen mit dem Monte Carlo Modell MYSTIC von Emde et al., 2017 (AA) zeigen, dass insbesondere die Reflektion am Ozean, die den sogenannten "Sun-Glint" erzeugt, den Polarisationsgrad des Erdscheins stark beeinflusst. Weiterhin hat die Streuung an Eiskristallen in hohen Zirruswolken einen starken Einfluss. Das bedeutet, dass spektropolarimetrische Messungen dazu geeignet sind, Wasseroberflächen und Wolken auf Exopaneten zu erkennen.
Die Abbildung zeigt Strahlungstransport-Simulationen für einen Beobachter auf dem Mond mit der Erde im Blickfeld ("true color composite", rot entspricht 645 nm, grün 555 nm und blau 469 nm).