Eine Illustration des JWST, das einige hypothetische Exoplaneten untersucht, mit einer Grafik im Hintergrund, die die bisherigen Entdeckungen von Exoplaneten zeigt (Bildnachweis: Joshua Lothringer/ NASA/ Robert Lea (erstellt mit Canva))
Das James Webb Space Telescope (JWST) hat seit seinem Start am Weihnachtstag 2021 einen nicht zu überschätzenden Einfluss auf die Astronomie. Dieser Einfluss hat sich von der Untersuchung von Objekten innerhalb des Sonnensystems bis zum äußersten Rand des beobachtbaren Weltraums und damit bis zu den frühesten vorstellbaren Galaxien erstreckt.
Obwohl das JWST ein wichtiger Akteur bei der Erforschung der entferntesten und ältesten Galaxien werden sollte, wurde nicht erwartet, dass das 10-Milliarden-Dollar-Teleskop einen derartigen Einfluss auf einen der faszinierendsten und am schnellsten wachsenden Bereiche der Astronomie haben würde: die Erforschung von Planeten außerhalb des Sonnensystems, oder extrasolaren Planeten, oder „Exoplaneten“.
Aber die Realität entspricht oft nicht den Erwartungen. Zur Feier von drei Jahren Exoplanetenforschung mit dem JWST hat Joshua Lothringer, Assistenzastronom am Space Telescope Science Institute (STScI) und Exoplaneten-Experte, die erste „Anlaufstelle“ für die Öffentlichkeit und Wissenschaftler geschaffen, um zu sehen, welche Arten von Planeten vom leistungsstärksten Weltraumteleskop der Menschheit beobachtet werden.
Lothringer, der Mitautor von 20 Veröffentlichungen auf der Grundlage von JWST-Beobachtungen war, darunter die Early Release Science-Beobachtungen von WASP-39b, hat ein Exoplaneten-Dashboard erstellt, das Daten zu den JWST-Exoplanetenstudien enthält. Das Dashboard zeigt ein auffälliges und häufig aktualisiertes GIF, das die untersuchten Planeten mit ihrem Namen, ihrer Masse und der Zeit, die sie brauchen, um ihren Mutterstern zu umkreisen, anzeigt. „Ich wollte das Dashboard erstellen, weil es derzeit keinen zentralen Ort gibt, an dem man sehen kann, welche Arten von Planeten von JWST beobachtet werden, und an dem man Fragen beantworten kann wie: ‚Wie viele terrestrische Planeten hat das JWST beobachtet?’“ so Lothringer gegenüber kosmischeweiten.de. „Wir haben eine Liste von Beobachtungen von Exoplaneten namens TrExoLiSTS, die von meinem Mitarbeiter Nikolay Nikolov, ebenfalls am STScI, erstellt wurde, aber wir mussten diese mit den tatsächlichen Planeteneigenschaften im NASA Exoplanet Archive verbinden, was wir mit dem Dashboard getan haben.“
Der Forscher erklärte, dass er danach in der Lage war, einige hilfreiche Visualisierungen zu erstellen und einige Statistiken zu berechnen, um die Breite der JWST-Probe von Exoplaneten zu verstehen.
Inhaltsübersicht
James Webb Space Telescope – Exoplanetenforschung in Zahlen
Dem Dashboard zufolge hat das JWST bis Januar 2025 etwa 111 Planeten beobachtet, und es gibt bereits Pläne für die Beobachtung von etwa 17 weiteren. Davon sind etwa 113 Transitplaneten, die die Oberfläche ihres Sterns direkt zwischen ihm und der Erde kreuzen.
Dieser Transit ermöglicht es dem JWST, das Licht zu untersuchen, das durch die Atmosphären dieser Planeten dringt, was wiederum Wissenschaftlern wie Lothringer hilft, die Zusammensetzung dieser Atmosphären zu bestimmen.
„Von diesen 113 transitierenden Planeten sind 64 Gasriesen wie der Jupiter, 30 sind von der Masse her eher wie Uranus und Neptun, und etwa 19 sind wahrscheinlich felsige Welten wie die terrestrischen Planeten des Sonnensystems, Erde, Mars, Venus und Merkur“, sagte Lothringer. „Die anderen 15 sind direkt abgebildete Gasriesen-Exoplaneten, die weit genug von ihrem Wirtsstern entfernt kreisen, dass wir mit JWST Bilder von ihnen machen können.“
Statistiken über die JWST-Beobachtungen von Exoplaneten mit Stand vom 23. Januar 2025 (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
„Im Allgemeinen sind heiße Riesenplaneten am einfachsten zu entdecken und zu untersuchen, weil sie groß und hell sind“, sagte Lothringer. „Der Forscher erklärte, dass diese Riesenplaneten zwar kein Leben beherbergen, aber dennoch interessant sind, weil ihre Atmosphären so extrem sein können – einige haben Temperaturen von bis zu 4.230 Grad Celsius (7.640 Grad Fahrenheit). „Wir glauben auch, dass das Verständnis, wie sich Gasriesenplaneten im Allgemeinen verhalten, uns helfen kann, unser eigenes Sonnensystem zu verstehen und wie es sich gebildet hat“, so Lothringer weiter.
Ein „großer und heller“ heißer Jupiter-Exoplanet umkreist seinen stellaren Mutterstern in unangenehmer Nähe (Bildnachweis: NASA/Ames/JPL-Caltech)
„Das JWST ist aus zwei Gründen gut geeignet, Exoplaneten zu finden und zu untersuchen. Erstens ist sein relativ großer 6,4-Meter-Spiegel in der Lage, viele Photonen [Lichtteilchen] zu sammeln, um sehr lichtschwache Objekte wie kleine Planeten zu beobachten“, erklärt Lothringer. „Die große Spiegelgröße bedeutet auch, dass es Objekte auflösen kann, die sehr nahe beieinander liegen, was besonders bei der Suche nach Planeten mit direkter Bildgebung nützlich ist“, fügte der Forscher hinzu und nannte als zweiten Vorteil des JWST, dass es für die Beobachtung des Kosmos im Infrarotlicht konzipiert wurde. „Das bedeutet, dass das JWST für einen ganzen Bereich des elektromagnetischen Spektrums empfindlich ist, für den bodengestützte Teleskope oder das Hubble-Weltraumteleskop einfach nicht empfindlich sind“, so Lothringer weiter. „Der Infrarotbereich ist der Bereich, in dem wir Moleküle wie Kohlendioxid und Methan messen können. „Es ist also die Kombination dieser beiden Faktoren, die das JWST zu einer so einzigartigen Einrichtung macht.
JWST-Durchbrüche bei Exoplaneten sind ein Bonus
Die ganze JWST-Exoplanetenforschung ist brillant, aber sie hätte nicht so sein müssen. Das JWST wurde eigentlich nicht für die Erforschung von Exoplaneten konzipiert. Seine Fähigkeiten, die über die Beobachtung des frühen und fernen Universums hinausgehen, waren für die Wissenschaftler eine angenehme Überraschung.
„Das primäre Ziel des JWST war es, entfernte Galaxien zu charakterisieren!“ sagte Lothringer. „Aber es hat sich herausgestellt, dass dieselbe Art von Teleskop, die gut darin ist, entfernte Galaxien zu finden, auch genau das ist, was wir brauchten, um die Atmosphären entfernter Exoplaneten zu charakterisieren“, so Lothringer.
Obwohl das Design des JWST weitgehend von der Galaxienforschung bestimmt wurde, lobt Lothringer die Arbeit seiner Ingenieure, die eine großartige Arbeit geleistet haben, um die Art von Wissenschaft zu erweitern, die das Teleskop durch neue Beobachtungsmodi und Öffnungen durchführen kann. Ich denke, es gab viele kleine Durchbrüche, die sich zu einem Paradigmenwechsel bei der Betrachtung einiger dieser Planetensysteme summieren“, so Lothringer.
Als besonders wichtig bezeichnet der STScI-Wissenschaftler Durchbrüche bei der Charakterisierung von Exoplanetenatmosphären, die über die bloße Feststellung verschiedener Gase hinausgehen.
„Wir können jetzt die gemessenen Spektren dieser Planeten nehmen und nicht nur sagen ‚hier gibt es Wasser und dort Kohlendioxid‘, sondern wir können etwas über das Innere der Planeten lernen“, sagte er. „Wir können sehen, ob die Atmosphäre gemischt wird, ob der Planet durch die Gezeiten aufgeheizt wird oder ob Photochemie im Spiel ist.“
WASP-39b ist einer der ersten vom JWST untersuchten Exoplaneten (Bildnachweis: G. Bacon (STScI)/NASA/ESA)
Obwohl Lothringer an 10 Exoplaneten-Forschungsprogrammen mit dem JWST beteiligt war, wobei er sowohl als Haupt- als auch als Mitforscher fungierte und als Mitautor an 20 damit zusammenhängenden Arbeiten beteiligt war, fällt es ihm nicht schwer, sein Lieblingsforschungsstück zu wählen.
„Mein Favorit in der Exoplanetenforschung war bisher wahrscheinlich das Early Release Science Programm zu WASP-39b,“ „Das waren einige der allerersten Daten, die vom Teleskop herunterkamen, und wir waren alle sehr aufgeregt. WASP-39b ist ein Planet von der Größe eines Saturns mit einer Masse von weniger als einem Drittel der Masse des Jupiters und befindet sich in einer Entfernung von etwa 750 Lichtjahren.Die Daten von WASP-39b, die vom JWST geliefert wurden, waren auch deshalb einzigartig, weil Lotheringer und seine Kollegen denselben Planeten mit allen JWST-Instrumenten beobachteten. Dies ermöglichte ihnen eine Kreuzvalidierung der Ergebnisse, was eine enorme Lernmöglichkeit darstellte, um zu verstehen, wie das Teleskop funktioniert, und um die Eigenschaften dieses Riesenplaneten im Detail zu enthüllen. „Am Ende fanden wir einige Dinge, die wir bei WASP-39b erwartet hatten, wie Wasser und Kohlendioxid, aber auch Dinge, die wir nicht erwartet hatten, wie das photochemisch erzeugte Schwefeldioxid“, sagte Lotheringer.
Was die Zukunft in Bezug auf Exoplaneten angeht, so erklärt Lotheringer, dass er sich am meisten darauf freut, Trends in der wachsenden Sammlung von JWST-Beobachtungen zu finden. „Bislang haben wir uns auf die Untersuchung einzelner Planeten konzentriert, aber wir haben begonnen, eine ausreichend große Auswahl an Planeten aufzubauen, so dass wir gerade erst beginnen, einige Verallgemeinerungen zu treffen, die uns Aufschluss darüber geben, wie sich diese Planeten als Ganzes verhalten“, schloss er. „Die Leute können das Dashboard mitverfolgen, das aktualisiert wird, sobald neue Beobachtungen geplant und durchgeführt werden. Ich werde auch regelmäßig Updates auf BlueSky (@jlothringer.bsky.social) und X (@JDLothringer) veröffentlichen.“
Robert Lea ist ein britischer Wissenschaftsjournalist, dessen Artikel in Physics World, New Scientist, Astronomy Magazine, All About Space, Newsweek und ZME Science veröffentlicht wurden. Er schreibt auch über Wissenschaftskommunikation für Elsevier und das European Journal of Physics. Rob hat einen Bachelor of Science in Physik und Astronomie von der Open University in Großbritannien. Folgen Sie ihm auf Twitter @sciencef1rst.
)</p><p>„Das JWST war wirklich revolutionär – man kann sich kaum noch vorstellen, wie das Leben ohne es aussah!“ sagte Lothringer. „JWST trägt dazu bei, ein viel vollständigeres und präziseres Bild davon zu erhalten, wie die Atmosphären von Exoplaneten beschaffen sind, wie ihre Temperaturen sind und welche Art von Wetter auf ihnen herrschen könnte. „Und wir können diese Art von Fragen nun für eine breitere Palette von Planeten beantworten, einschließlich kleinerer subneptunischer und terrestrischer Planeten.“</p><div id=)
