Eine Illustration von WASP-76b und dem regenbogenartigen Glanzeffekt in seiner Atmosphäre (Bildnachweis: ATG im Auftrag der ESA)
Es gibt viele Worte, die man verwenden könnte, um WASP-76b zu beschreiben – höllisch, brennend, turbulent, chaotisch und sogar gewalttätig. Es handelt sich um einen Planeten außerhalb des Sonnensystems, der seinem Stern so nahe ist, dass er so heiß wird, dass Blei verdampft. Wie Sie sich vorstellen können, gehörte „glorreich“ bis jetzt nicht zu diesen Worten.
Dieser positivere Begriff wurde erst kürzlich in die Liste aufgenommen, da Astronomen in der Atmosphäre des ultraheißen Exoplaneten Jupiter Hinweise auf etwas entdeckt haben, das „Glory“ genannt wird. Der Glory-Effekt, der in den Daten der Exoplaneten-Jagdmission Characterizing Exoplanet Satellite (CHEOPS) der Europäischen Weltraumorganisation angedeutet wurde, ist eine regenbogenartige Anordnung bunter, konzentrischer Lichtringe, die nur unter besonderen Bedingungen auftreten.
Dieser Effekt wird häufig über unserem eigenen Planeten sowie in der Atmosphäre unserer gewalttätigen Nachbarin Venus beobachtet, aber dies ist das erste Mal, dass Wissenschaftler ihn außerhalb unserer kosmischen Nachbarschaft gesehen haben; WASP-76b ist 637 Lichtjahre von uns entfernt.
Wenn sich der Effekt auf WASP-76b bestätigt, könnte er viel über diesen seltsamen und extremen Exoplaneten verraten – eine Welt, die sich von allem unterscheidet, was wir in unserem Sternenreich gesehen haben.
„Es gibt einen Grund, warum außerhalb unseres Sonnensystems noch nie eine Glorie gesehen wurde – sie erfordert sehr eigenartige Bedingungen“, sagte Olivier Demangeon, Teamleiter und Astronom am Institut für Astrophysik und Weltraumwissenschaften in Portugal, in einer Erklärung. „Erstens braucht man atmosphärische Teilchen, die nahezu perfekt kugelförmig, völlig gleichmäßig und stabil genug sind, um über einen langen Zeitraum beobachtet zu werden. Der nahegelegene Stern des Planeten muss direkt auf ihn scheinen, und der Beobachter – hier CHEOPS – muss genau richtig ausgerichtet sein.“
Inhaltsübersicht
Es steckt mehr hinter WASP-76b als geschmolzener Eisenregen
Der 2013 entdeckte WASP-76b befindet sich nur 30 Millionen Meilen von seinem gelben Mutterstern entfernt, der etwa 1,5 Mal so schwer und 1,75 Mal so breit wie die Sonne ist. Diese Entfernung entspricht nur einem Zwölftel der Entfernung zwischen der Sonne und Merkur, dem unserem Stern am nächsten liegenden Planeten.
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Da die Tagseite von WASP-76b von der Strahlung seines Wirtssterns bestrahlt wird, steigen die Temperaturen dort auf über 2.400 Grad Celsius (4.350 Grad Fahrenheit). Das ist heiß genug, um Eisen zu verdampfen. Starke und schnelle Winde auf WASP-76b tragen diesen Eisendampf dann auf die kühlere Nachtseite des Planeten, wo er zu Tröpfchen kondensiert und als Eisenregen niedergeht.
Diese Illustration zeigt eine Nachtsicht des Exoplaneten WASP-76b. (Bildnachweis: ESO/M. Kornmesser)
Der Hinweis auf den Glory-Effekt über diesem glühenden Exoplaneten ist eine bemerkenswerte Leistung für CHEOPS, das im Dezember 2019 gestartet ist. Er ist ein Beispiel für die Fähigkeit der Mission, subtile, nie zuvor gesehene Phänomene in fernen Welten zu entdecken.
CHEOPS beobachtete WASP-76b im Laufe von drei Jahren fast zwei Dutzend Mal, als Wissenschaftler versuchten, eine seltsame Lichtasymmetrie zu verstehen, die in den äußeren Gliedern des Planeten gefunden wurde, die zu sehen ist, wenn er das Gesicht seines Muttersterns kreuzt oder „transitiert“.
Diese Beobachtungen zeigten eine Zunahme des Lichts, das von der östlichen „Terminatorlinie“ von WASP-76b kommt, der Trennlinie, an der die Nachtseite des Exoplaneten in seine Tagseite übergeht. Das Team kam zu dem Schluss, dass diese starke Veränderung der Lichtleistung durch eine starke, lokal begrenzte und richtungsabhängige Reflexion verursacht wird. Sie nennen dies den Glory-Effekt.
„Was wir nicht vergessen dürfen, ist das unglaubliche Ausmaß dessen, was wir beobachten“, sagte Matthew Standing, ein ESA-Forschungsstipendiat, der Exoplaneten untersucht, in der Erklärung. „WASP-76b ist mehrere hundert Lichtjahre entfernt – ein extrem heißer Gasriesenplanet, auf dem es wahrscheinlich geschmolzenes Eisen regnet. „Trotz des Chaos sieht es so aus, als hätten wir die möglichen Anzeichen einer Herrlichkeit entdeckt. Es ist ein unglaublich schwaches Signal.“
Was bedeutet Ruhm für WASP-76b?
Der Glory-Effekt mag ein regenbogenähnliches Aussehen und ein buntes Streifenmuster haben, aber er unterscheidet sich tatsächlich von einem buchstäblichen Regenbogen.
Regenbögen entstehen, wenn das Licht der Sonne von einem Medium mit einer bestimmten Dichte in ein anderes Medium mit einer anderen Dichte übergeht, in der Regel von Luft in Wasser. Dadurch wird der Weg des Lichts gekrümmt oder „gebrochen“, und verschiedene Wellenlängen werden in unterschiedlichem Maße gebrochen. Auf diese Weise wird das weiße Licht der Sonne in seine verschiedenen Farben aufgespalten, wodurch der bekannte geordnete und bunte Bogen eines Regenbogens entsteht.
Andererseits tritt der Glory-Effekt auf, wenn das Licht durch einen engen Spalt fällt. Auf der Erde könnte dieser Spalt zum Beispiel der Raum zwischen Wassertröpfchen in Wolken sein. Dies verursacht eine andere Form der Brechung, die so genannte „Beugung“, die auftritt, wenn das Licht ein Hindernis oder eine Öffnung passiert.
Wenn sich die Lichtwellen teilen und dann wieder vereinigen, wo Spitzen auf Täler treffen, kommt es zu destruktiver Interferenz. Wo jedoch eine Spitze auf eine Spitze trifft, kommt es zu einer konstruktiven Interferenz. Das Ergebnis sind dunkle bzw. helle Streifen und konzentrische Farbringe.
Was bedeutet also Ruhm für WASP-76b?
Eine künstlerische Darstellung von WASP-76. (Bildnachweis: Frederik Peeters)
Das Vorhandensein dieses Phänomens in der Atmosphäre des ultraheißen Jupiters deutet auf das Vorhandensein von Wolken hin, die aus perfekt kugelförmigen Wassertröpfchen bestehen, die entweder mindestens die drei Jahre überdauert haben oder die sich ständig erneuern.
Wenn die Wolken beständig sind, deutet dies darauf hin, dass die Temperatur der Atmosphäre von WASP-76b zwar beängstigend, aber über die Zeit hinweg stabil sein muss. Dies ist eine faszinierende Erkenntnis, die auf Stabilität in einer Welt hindeutet, die lange Zeit als unendlich turbulent galt.
Die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass Exoplanetenexperten ferne Welten auf ähnliche Lichtphänomene untersuchen könnten, einschließlich des Sternenlichts, das von flüssigen Seen und Ozeanen reflektiert wird. Dies könnte für die laufende Suche der Menschheit nach Leben außerhalb des Sonnensystems entscheidend sein.
„Es bedarf weiterer Beweise, um schlüssig sagen zu können, dass es sich bei diesem faszinierenden ‚zusätzlichen Licht‘ um eine seltene Erscheinung handelt“, sagte Theresa Lüftinger, Projektwissenschaftlerin für die kommende Ariel-Mission der ESA. „Folgebeobachtungen mit dem NIRSPEC-Instrument an Bord des James-Webb-Weltraumteleskops könnten genau diese Aufgabe erfüllen. Oder die kommende Ariel-Mission der ESA könnte seine Anwesenheit beweisen. Wir könnten sogar weitere herrlich aufschlussreiche Farben finden, die von anderen Exoplaneten leuchten.“
Für Demangeon bestätigt diese mögliche Beobachtung das anhaltende Interesse an der Erforschung der höllischen Welt von Wasp-76b.
„Ich war an der ersten Entdeckung des asymmetrischen Lichts von diesem seltsamen Planeten beteiligt – und seitdem bin ich sehr neugierig auf die Ursache“, so der ESA-Wissenschaftler abschließend. „Es hat einige Zeit gedauert, bis wir hierher kamen, und es gab Momente, in denen ich mich fragte: ‚Warum bestehst du darauf? Es wäre vielleicht besser, wenn du deine Zeit mit etwas anderem verbringen würdest.
„Aber als dieses Merkmal in den Daten auftauchte, war das ein ganz besonderes Gefühl – eine besondere Genugtuung, die man nicht jeden Tag erlebt. „Die Forschungsergebnisse des Teams sind in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.
