Das Wetter auf Exoplanet WASP-43 b
Basierend auf spektralen Beobachtungen mit dem
Weltraumteleskop James Webb hat ein internationales Forschungsteam nun
die erste ultrapräzise Wetteranalyse der Atmosphäre des Gasriesen WASP-43 b in
rund 280 Lichtjahre Entfernung vorgestellt. Die ferne Welt präsentiert sich
dabei als ein Planet, dessen Wetter alles andere als freundlich erscheint.
Künstlerische Darstellung des extrasolaren
Gasriesen WASP-43 b.
[Großansicht] |
WASP-43 b ist ein Gasplanet, der um den jungen und aktiven Stern WASP-43
kreist. Dieses extrasolare Planetensystem ist 280 Lichtjahre von unserem
Sonnensystem entfernt. Trotz dieser enormen Distanz haben Forscherinnen und
Forscher durch Beobachtungen mit dem James Webb Space Telescope (JWST)
herausgefunden, welche Wind- und Temperatur-Verhältnisse in der Atmosphäre des
jupitergroßen Planeten herrschen. "Die Bedingungen in der Atmosphäre konnten
erstmals genau genug erfasst werden, um einen detaillierten Wetterbericht für
einen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems zu erstellen. Freundlich sind die
Verhältnisse dort aber leider nicht", sagt Ludmila Carone, Mitglied der
Exoplaneten-Forschungsgruppe Wetter und Klima am Grazer Institut für
Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften.
WASP-43 b ist etwa so groß wie Jupiter, hat aber die doppelte Masse und
kreist in einer sehr engen Umlaufbahn um seinen Stern, einen Roten Zwerg im
Sternbild Sextant. Dadurch sind die Temperaturen seiner Atmosphäre extrem.
WASP-43 b wendet seinem Zentralgestirn immer dieselbe Seite zu. "Auf der
Tagseite haben wir Temperaturen von etwa 1250 Grad Celsius, auf der Nachtseite
sind es verhältnismäßig milde 600 Grad. Die Winde, die durch das enorme
Temperaturgefälle entstehen, können bis zu 18.000 km/h erreichen", sagt Carone.
Aufgrund der engen Umlaufbahn des heißen Gasriesen konnte mit dem
Infrarotspektrometer MIRI des James-Webb-Teleskops ein kompletter Orbit von
WASP-43 b um seinen Stern im Wellenlängenbereich zwischen 4 und 12 Mikrometern
vermessen werden.
"WASP-43 b braucht für einen vollen Umlauf um seinen Stern nur 19,5 Stunden.
Unsere Kolleginnen und Kollegen von der NASA haben nun die Infrarotstrahlung
sowohl von der Tag- als auch von der Nachtseite beobachtet. Daraus konnten wir
die Temperaturen und die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre ableiten",
sagt Carone. Die Messungen zeigen, dass auf der Nachtseite des Planeten Wolken
aus Mineraliengemischen entstehen, wie wir sie als Gestein auf der Erde kennen.
Das Fehlen von Methan auf der Nachtseite legt nahe, dass die vertikale
Durchmischung durch Aufwinde deutlich stärker ist als ursprünglich angenommen:
Wäre es ruhiger, würde durch die vergleichsweise kühleren Bedingungen Methan
entstehen.
Die IWF-Forschenden haben zwei wichtige Beiträge zur wissenschaftlichen
Auswertung der JWST-Daten geleistet. "Wir haben eines von mehreren
dreidimensionalen Klima- und Windmodellen beigesteuert, deren Vorhersagen mit
den Messergebnissen verglichen wurden", sagt Carone. Das Atmosphärenmodell von
Patricio Cubillos, Co-Autor und Mitglied der IWF-Forschungsgruppe Exoplaneten-Charakterisierung
ermöglichte die Analyse des Methan- und Wassergehalts auf der Tag- und
Nachtseite von WASP-43 b. "Das ist der erste Schritt in eine neue Ära der
Exoplanetenforschung", so Carone. Das 3D-Klimamodell der Grazer Forschenden hat
sehr gute Ergebnisse geliefert. "Es war schön, dass so viele Teams
zusammengearbeitet und ihre Modelle zur Verfügung gestellt haben, um die
Prognosen zu vergleichen. Kein Modell ist perfekt, aber wir sind mit unserem
Ergebnis sehr zufrieden. Vor allem die Verhältnisse auf der Tagseite konnten wir
am besten prognostizieren", betont Carone.
Durch weitere, noch genauere Messungen an WASP-43 b und anderen Exoplaneten
werden die Klimamodelle und -Prognosen in Zukunft weiter verbessert, sowohl für
die Erde als auch für andere Planeten. "Das ist der erste Schritt in eine neue
Ära der Exoplanetenforschung. Sobald wir Daten von genügend Exoplaneten haben,
können wir statistische Analysen machen, die uns sagen, wie selten oder häufig
bestimmte klimatische Bedingungen im Universum vorkommen, zum Beispiel die auf
der Erde", so Carone.
"Der Planet WASP-43 b ist am IWF kein Unbekannter. Wir konnten bereits mit
früheren Arbeiten das Vorhandensein von Mineralwolken in seiner Atmosphäre
vorhersagen", merkt IWF-Direktorin Christiane Helling an. "Am meisten lernen wir
von Modellen, die die Beobachtungsdaten nur teilweise reproduzieren."
Über ihre Ergebnisse berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der
Zeitschrift Nature Astronony erschienen ist.
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