Airglow-Forschung mit astronomischen Spektren

• Antragsteller: Dr. Stefan Noll
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 368912568

Die Strahlung der Erdatmosphäre im optischen und nahinfraroten Wellenlängenbereich wird im Wesentlichen durch ein Emissionslinienspektrum charakterisiert. Dieses Airglow wird durch ernergiereiche solare Ultraviolettstrahlung hervorgerufen, die Luftmoleküle zerstört, Atome ionisiert und deshalb diverse chemische Reaktionen und physikalische Prozesse verursacht, die teilweise zur Lichtemission führen, auch bei Nacht. Die meiste Strahlung entsteht in etwa 90 km Höhe in der Mesopausenregion, wo Beiträge von Hydroxyl-, Sauerstoff- und Eisenoxidmolekülen sowie Sauerstoff- und Natriumatomen bedeutend sind. Durch die kompakte Schichtung reagiert Airglow sehr sensitiv auf atmosphärische Dynamik.Regelmäßige Studien der Mesopausenregion sind nur durch boden- und satellitengebundene Fernerkundung möglich. Die meisten Airglowinstrumente produzieren entweder Bilder oder Spektren weniger Linien. Ein umfassende Charakterisierung der unterschiedlichen Emissionen erfordert allerdings eine simultane Abdeckung bei ausreichend hoher spektraler Auflösung. Dies kann nur durch leistungsfähige Echellespektrographen erreicht werden. Diese werden von astronomischen Observatorien betrieben.Das geplante Projekt wird den größten Satz astronomischer Daten berücksichtigen, der bisher für Airglowforschung benutzt wurde. Er besteht aus mehr als 100.000 Spektren, die mit dem X-shooter-Spektrographen am Very Large Telescope in Chile seit dem Jahr 2009 aufgenommen wurden. Die Daten werden die Stärken und Variationen von zahlreichen Emissionslinien und Kontinuumskomponenten enthüllen. Besonders letztere sind kaum erforscht. Die Beziehungen zwischen den verschiedenen Emissionen werden zeigen, wie die Airglowschicht auf Einflüsse wie Schwerewellen, solare Gezeiten, Jahreszeiten und Sonnenaktivität reagiert. Auf diese Weise wird die Studie zu einem besseren Verständnis der chemischen und dynamischen Prozesse in der Mesopausenregion beitragen.Ein wichtiges Resultat des Projekts wird eine Airglowparametrisierung sein, die die Variabilität auf unterschiedlichen Zeitskalen reproduziert und realistische Spektren liefert. Dies ist auch nützlich für Abschätzungen der natürlichen Nachthimmelshelligkeit, die wichtig für den Betrieb astronomischer Observatorien hinsichtlich der Beobachtungsplanung, Instrumentenentwicklung und Datenprozessierung sind. Als eine astronomische Anwendung dieses Projekts wird eine Untersuchung des Einflusses der Airglowhelligkeit und -variabilität auf die Nachweisbarkeit molekularer Absorptionsstrukuren in Atmosphären erdähnlicher extrasolarer Planeten, die mit dem zukünftigen Extremely Large Telescope in Chile und einem sogennanten Starshade im Erdorbit, das das Licht des Heimatplaneten des Exoplaneten blockiert, durchgeführt werden. Daher wird diese Studie auch zur Suche nach der zweiten Erde und von Leben außerhalb des Sonnensystems beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Michael Bittner