Wolken am Morgen, klare Sicht am Abend: Beobachtungen zeigen unerwartet komplexe Atmosphäre bei einem Exoplaneten
Die Atmosphären von „heißen Jupitern“ – großen Gasplaneten, die sehr eng um einen Stern kreisen – sind komplexer als bislang angenommen. Das zeigen Beobachtungen eines internationalen Forschungsteams mit dem Weltraumteleskop James Webb. Auf dem 690 Lichtjahre entfernten Exoplaneten WASP-94Ab im Sternbild Mikroskop bilden sich auf der kühlen Nachtseite Wolken aus Magnesiumsilikat, die sich auf der heißen Tagseite wieder auflösen. Das erschwert die Bestimmung der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre solcher Planeten, schreiben die Wissenschaftler im Fachblatt „Science“
„Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Hubble haben nur ein verschmierten Blick auf den Planeten geliefert“, erläutert David Sing von der Johns Hopkins University in den USA, einer der beteiligten Astronomen. Dadurch war der Effekt der Wolken nicht zu erkennen – was zu falschen Werten für die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre führte. Diese hätte hundertmal mehr Sauerstoff und Kohlenstoff enthalten müssen als Jupiter – ein Ergebnis, das im Widerspruch zu Modellen der Planetenentstehung stand. Die neuen Messungen mit dem Webb-Teleskop zeigen jetzt zur Erleichterung der Forscher, dass die Atmosphäre von WASP-94Ab im Einklang mit den theoretischen Modellen stärker der Atmosphäre von Jupiter ähnelt.
WASP-94Ab umrundet seinen Stern alle vier Tage in einem Abstand von nur acht Millionen Kilometern. Zum Vergleich: Die Erde ist 150 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt. Da der Planet zudem gebunden rotiert, dem Stern also immer die gleiche Seite zuweist, ist seine Tagseite mit etwa 1600 Grad Celsius rund 450 Grad heißer als die Nachtseite. Durch diesen Temperaturunterschied kann das Magnesiumsilikat auf der Nachtseite kondensieren und Wolken bilden. Globale Winde mit Geschwindigkeiten von mehreren tausend Kilometern pro Stunde treiben die Wolken zur Tagseite, wo sie sich in der Hitze wieder auflösen.
Der genaue Blick in die Atmosphäre des Planeten ist nur durch eine Laune der Natur möglich. Die Bahn von WASP-94Ab liegt gerade so, dass der Planet von der Erde aus gesehen bei jedem Umlauf vor seinem Stern vorüberzieht. Bei einem solchen „Transit“ schwächt der Planet die Helligkeit des Sterns um etwa ein Prozent ab. Besonders interessant für die Forscher ist dabei der Beginn und das Ende eines Transits, denn dann geht für kurze Zeit ein Teil des Sternenlichts jeweils nur an einer Seite des Planeten durch die Atmosphäre hindurch.
So stießen Sing und seine Kollegen auf unerwartete Unterschiede zwischen den beiden Seiten des Planeten: Lediglich auf der vorderen – also in Bewegungsrichtung liegenden – Seite von WASP-94Ab hatten Wolken aus Magnesiumsilikat Spuren im Sternenlicht hinterlassen, auf der anderen Seite war der Himmel über dem Planeten frei von solchen Wolken.
Wenn der Planet vor seinem Stern vorüberzieht, blickt man von der Erde aus auf die Nachtseite des Planeten. Am vorderen Rand, so erläutern die Forscher, transportieren die globalen Winde Luft von der Nacht- zur Tagseite. Für die in der kalten Nacht entstandenen Wolken geht also die Sonne auf, es ist Morgen. Durch die Hitze auf der Tagseite lösen sich die Wolken auf. Deshalb sind auf der anderen Seite des Planeten, der Abendseite, auf der die Luft von der Tag- auf die Nachtseite strömt, keine Wolken mehr vorhanden.
„Es gibt also deutliche Unterschiede zwischen dem Wetter auf den beiden Seiten des Planeten“, betont Sing, „und das ändert unser ganzes Bild von dem Planeten.“ Die Forscher müssen die asymmetrische Verteilung der Wolken bei Modellierungen der Atmosphäre berücksichtigen. Möglicherweise müssen deshalb auch frühere Ergebnisse für andere heiße Jupiter entsprechend korrigiert werden. Sing und seine Kollegen haben bereits bei zwei weiteren Exoplaneten erste Hinweise auf eine ähnlich asymmetrische Bewölkung gefunden.
Bildquelle: Hannah Robbins/Johns Hopkins University
