Mit dem Weltraumteleskop James Webb lassen sich künftig die Atmosphären vieler heißer Jupiter detailliert untersuchen
Einem internationalen Forschungsteam ist es erstmalig gelungen, die Atmosphäre eines Exoplaneten – also eine Planeten, der einen anderen Stern umkreist – in drei Dimensionen zu kartieren. Dazu beobachteten die Wissenschaftler mit dem Weltraumteleskop James Webb einen so genannten sekundären Transit des 400 Lichtjahre entfernten heißen Jupiters WASP-18b. Bei einem solchen Ereignis zieht der Planet von der Erde aus gesehen hinter seinem Stern vorüber. Das Webb-Teleskop könne mit diesem Verfahren künftig die Atmosphären vieler ähnlicher Planeten untersuchen, schreiben die Forscher im Fachblatt „Nature Astronomy“.
WASP-18b umkreist seinen Stern, der etwas größer ist als unsere Sonne, einmal alle 23 Stunden auf einer sehr engen Umlaufbahn im Abstand von drei Millionen Kilometern. Zum Vergleich: Die Erde ist 150 Millionen, der sonnennächste Planet Merkur immer noch im Mittel 58 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt. Entsprechend heiß ist die Atmosphäre des Planeten, der 1,2 mal größer und zehnmal massereicher ist als Jupiter: Die Durchschnitttemperatur in der Gashülle von WASP-18b liegt bei 3000 Kelvin.
Aufgespürt wurde der Planeten 2009, weil er bei jedem Umlauf von der Erde aus gesehen vor seinem Stern vorüberzieht und dessen Helligkeit geringfügig abschwächt. „Transit“ nennen Astronomen ein solches Ereignis. Ryan Challener von der Cornell University in den USA und seine Kollegen haben jetzt mit dem Webb-Teleskop das Gegenstück dazu beobachtet, einen sekundären Transit.
„Während der Planet verschwindet und wieder auftaucht, sehen wir Änderungen, die jeweils kleinen Stücken des Planeten entsprechen“, erläutert Challener das Verfahren. Führt man diese Beobachtungen gleichzeitig bei vielen unterschiedlichen Wellenlängen durch, so erhält man zugleich einen Blick in unterschiedliche Tiefen der Atmosphäre. „Beobachten wir bei einer Wellenlänge, die von Wasser absorbiert wird, blicken wir in die wasserhaltige Schicht der Atmosphäre“, so der Forscher weiter. „Schauen wir dagegen bei einer Wellenlänge, die nicht von Wasser absorbiert wird, können wir tiefer hineinblicken.“
Die Beobachtungen des ´Teams zeigen einen „Hotspot“ an der Stelle des Planeten, der direkt unter seinem Stern liegt. Da WASP-18b gebunden rotiert, also dem Stern stets die gleiche Seite zeigt, erhitzt sich die Atmosphäre hier auf 3200 Kelvin. Bei dieser hohen Temperatur zerfallen Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff, wie die Daten weiter zeigen. Zudem zeigen die Messungen, dass die Atmosphäre in großer Höhe heißer ist als weiter unten, weil ein großer Teil des Sternenlichts bereits in der Hochatmosphäre absorbiert wird. Am Rand der Tagseite des Planeten befindet sich ein etwa 400 Kelvin kühlerer Ring, wie die Beobachtungen weiter zeigen.
Das Team plant nun, mit dem Webb-Teleskop weitere sekundäre Transits von WASP-18b beobachten, um eine noch genauere dreidimensionale Karte der Atmosphäre zu erhalten. „Aber diese Technik lässt sich auch auf viele, viele andere Planeten anwenden“, betont Challener, „So können wir jetzt damit beginnen, Exoplaneten in drei Dimensionen zu verstehen.“
Bildquelle: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)
