Weltraumteleskop ermöglicht tiefen Blick in die Atmosphäre eines Gasplaneten
Auf dem zweihundert Lichtjahre entfernten Planeten WASP-107b regnet es Sand. Beobachtungen eines internationalen Forschungsteams mit dem Weltraumteleskop James Webb zeigen, dass WASP-107b in Wolken aus Silikaten eingehüllt ist – dem Hauptbestandteil von Sand auf der Erde. Wie die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“ berichten, konnten sie außerdem Wasserdampf und Schwefeldioxid in der Atmosphäre des 470 Grad Celsius heißen Planeten nachweisen.
Über 5500 Planeten haben Astronomen inzwischen bei anderen Sternen entdeckt. Dabei stoßen sie immer wieder auf außergewöhnliche Objekte, die völlig anders sind als die Planeten in unserem Sonnensystem. So auch der 2017 mit einem Spezialteleskop aufgespürte WASP-107b: Er umkreist einen Stern, der etwas kleiner und kühler ist als unsere Sonne alle 5,7 Tage auf einer extrem engen Umlaufbahn. Der sonnennächste Planet Merkur ist achtmal weiter von der Sonne entfernt als WASP-107b von seinem Zentralstern.
Doch WASP-107b ist kein kleiner Gesteinsplanet wie Merkur, sondern ein aufgeblähter Gasplanet. Er ist etwa so groß wie Jupiter, doch seine Masse entspricht eher Neptun, beträgt also nur etwa ein Zehntel der Jupitermasse. Die Himmelsforscher vermuten, dass WASP-107b ursprünglich ähnlich Neptun seine Bahn viel weiter vom Stern entfernt gezogen hat und erst später – vielleicht durch die Anziehungskraft anderer Planeten – nach innen gewandert ist. Die starke Strahlung des Sterns hat dann zur Aufblähung der Atmosphäre von WASP-107b geführt und damit zu seiner heutigen „fluffigen“ Erscheinung.
Diese Aufblähung der Atmosphäre haben sich Achréne Dyrek von der Universität Paris bei ihren Beobachtungen zunutze gemacht. Denn durch die Aufblähung hat sich die Gashülle des Planeten zugleich erheblich verdünnt und so können die Forscher etwa 50-mal tiefer als bei kühlen Gasplaneten wie Jupiter in die Atmosphäre hinein blicken.
Allerdings ist WASP-107b selbst im Fernrohr nicht sichtbar. Wie die meisten Planeten anderer Sterne wurde er auf indirekte Weise aufgespürt: Auf seiner schnellen Umlaufbahn zieht der Planet von der Erde aus gesehen alle 5,7 Tage vor seinem Stern vorüber und schwächt dessen Helligkeit dabei geringfügig ab. Und diese Vorübergänge – von den Astronomen als „Transits“ bezeichnet – machen auch den Blick in die Atmosphäre des Planeten möglich.
Denn ein Teil des Sternenlichts geht bei einem Transit durch die Gashülle von WASP-107b hindurch. Dabei hinterlässt die Atmosphäre verräterische Spuren im Sternenlicht: Sie absorbiert das Licht bei bestimmten, für jeden Bestandteil der Atmosphäre charakteristischen Wellenlängen. Während eines Transits zeigen sich daher im Spektrum des Sterns bei diesen Wellenlängen dunkle Linien, die von den Forschern dann bestimmten Stoffen zugeordnet werden können.
So stießen Dyrek und ihre Kollegen bei ihren Beobachtungen mit dem James Webb Space Telescope auf die Absorption durch Silikate – offenbar ist WASP-107 von Wolken aus kleinen Sandkörnchen eingehüllt. Auf Wolken sind Astronomen bereits bei vielen Planeten anderer Sterne gestoßen – dies ist jedoch das erste Mal, dass Forscher die Zusammensetzung solcher Wolken bestimmen konnten.
„Die Tatsache, dass wir solche Sandwolken hoch in der Atmosphäre sehen, verrät uns, dass der Sandregen in tieferen, sehr heißen Schichten der Atmosphäre verdampft“, erklärt Michiel Min vom Niederländischen Institut für Weltraumforschung. Der so entstehende Silikatdampf steige dann wieder in höhere Schichten der Atmosphäre auf und bilde neue Wolken. „Das ähnelt dem Wasserdampf- und Wolkenzyklus der Erde, nur mit Sand statt Wasser.“
Bildquelle: LUCA School of Arts, Belgien/ Klaas Verpoest; Daten: Achrène Dyrek (CEA und Université Paris Cité, Frankreich), Michiel Min (SRON, Niederlande), Leen Decin (KU Leuven, Belgien) / European MIRI EXO GTO Team / ESA / NASA
