Der Exoplanet Astrolábos, auch bekannt als WASP-43b, erlebt einen starken Kontrast zwischen seiner permanent beleuchteten Tagseite und seiner ewig dunklen Nachtseite. Er umkreist seinen Heimatstern WASP-43 so nah, dass er alle 19,2 Stunden einen Orbit vollendet. Das klassifiziert ihn als einen sogenannten gebunden rotierenden „Hot Jupiter“. Diese Nähe führt zu extremen Temperaturunterschieden zwischen den Hemisphären: Die Tagseite brennt bei 1.250 Grad Celsius (°C), während die Nachtseite mit immer noch sengenden 600 °C weit kühler bleibt.
Exoplanet mit Wolken aus verdampftem Gestein
Neueste Beobachtungen des James Webb Space Telescope (JWST) haben beispiellose Details über die atmosphärischen Bedingungen von Astrolábos geliefert. Die Nachtseite weist Wolken aus verdampftem Gestein auf. Dabei handelt es sich um ein seltenes Phänomen, das aus den hohen Temperaturen resultiert, die die typische Wolkenbildung in kühleren planetaren Atmosphären verhindern. Im Gegensatz dazu fehlen auf der Tagseite aufgrund ihrer viel heißeren Umgebung jegliche Wolken.
„Schon mit Hubble konnten wir auf der Tagseite Wasserdampf deutlich nachweisen. Weltraumteleskope wie Hubble und Spitzer deuteten darauf hin, dass es auf der Nachtseite Wolken geben könnte“, erklärte Taylor Bell von der BAER Institute and Space Science and Astrobiology Division des NASA Ames Research Centers in den USA. „Um die Temperatur, die Wolkenbedeckung, die Winde und die detailliertere atmosphärische Zusammensetzung rund um den Planeten zu kartieren, benötigten wir aber präzisere Messungen mit dem JWST.“
Der Temperaturgradient zwischen den beiden Seiten ist ausgeprägter als man es für einen Planeten mit einer klaren Atmosphäre erwarten würde. Rechnergestützte Modelle deuten darauf hin, dass die kühlere Nachtseite hohe Wolken haben könnte, die einen Großteil der infraroten Strahlung blockieren, die von der Oberfläche des Planeten ausgeht. Die Befunde, die das Team um Bell in Nature Astronomy veröffentlichte, stellen frühere Annahmen über die atmosphärischen Dynamiken bei gebunden rotierenden Exoplaneten in Frage.
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Fehlendes Methan wirft Fragen auf
Astrolábos zeigt auch überraschende chemische Eigenschaften in seiner Atmosphäre, insbesondere das Fehlen von Methan. Aus Sicht der Forschenden ist das unerwartet, da Methan theoretisch auf der Nachtseite durch Reaktionen zwischen Kohlenmonoxid und Wasserstoff entstehen sollte.
Allerdings verhindern die schnellen Winde des Planeten, die Geschwindigkeiten von bis zu 9.000 Kilometern pro Stunde erreichen, wahrscheinlich die chemischen Reaktionen, die für die Methanproduktion benötigt werden. Sie bewegen, so die Theorie, Materialien schlicht zu schnell über den Planeten.
Die Konsistenz der chemischen Zusammensetzung in der Atmosphäre von Astrolábos deutet auf eine schnelle Durchmischung aufgrund seiner intensiven Winde hin. Diese Erkenntnis widerspricht früheren Studien, die aufgrund der variierenden atmosphärischen Bedingungen auf ähnlichen Planeten mehr chemische Vielfalt erwarteten.
„Komplexe, unwirtliche Welt mit heftigen Winden“
„Mit dem JWST ist es uns gelungen, WASP-43b in noch nie dagewesener Detailtreue zu enträtseln“, erläuterte Laura Kreidberg. Sie ist Direktorin am Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg und Mitautorin des zugrundeliegenden Forschungsartikels.
„Wir sehen eine komplexe, unwirtliche Welt mit heftigen Winden, enormen Temperaturunterschieden und einer Wolkendecke, die wahrscheinlich aus Gesteinströpfchen besteht. WASP-43b erinnert uns daran, wie vielfältig das Klima auf Exoplaneten sein kann und dass die Erde in vielerlei Hinsicht besonders ist.“
Laura Kreidberg
Die durch das JWST gesammelten Daten eröffnen neue Wege zum Verständnis nicht nur der atmosphärischen Wissenschaft von Exoplaneten, sondern auch der breiteren Physik, die ihre Bildung und Evolution steuert. Jede Entdeckung über Planeten wie Astrolábos erweitert unser Wissen über den Kosmos und illustriert das komplexe Zusammenspiel zwischen Sternennähe, atmosphärischer Chemie und planetarer Klimadynamik.
Quellen: Max-Planck-Institut für Astronomie; „Nightside clouds and disequilibrium chemistry on the hot Jupiter WASP-43b“ (Nature Astronomy, 2024)
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