Eine Illustration des heißen Jupiter-Exoplaneten Wasp-121 b, der Eisenregen und heftige Winde aufweist, die über alle Erwartungen hinausgehen (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
WASP-121 b ist die Definition eines „extremen“ Exoplaneten – er ist so heiß, dass es Tröpfchen aus flüssigem Eisen regnet. Jetzt haben Astronomen herausgefunden, dass dieser Planet, der etwa 900 Lichtjahre von uns entfernt ist, auch von unerwartet starken Winden heimgesucht wird – das erste Mal, dass Astronomen die Atmosphäre eines Planeten außerhalb des Sonnensystems in einer derartigen Tiefe und Detailtiefe studieren konnten.
Die Winde von WASP-121 b, die von einem Astronomenteam mit dem Very Large Telescope (VLT) in der Atacama-Wüste im Norden Chiles entdeckt wurden, tragen Elemente wie Eisen und Titan um den Planeten herum und sorgen so für komplizierte Wettermuster.
„Die Atmosphäre dieses Planeten verhält sich auf eine Art und Weise, die unser Verständnis davon, wie das Wetter funktioniert, in Frage stellt – nicht nur auf der Erde, sondern auf allen Planeten“, sagte die Leiterin des Teams und Forscherin am Observatoire de la Côte d’Azur, Julia Victoria Seidel, in einer Erklärung. „Es fühlt sich an wie etwas aus einem Science-Fiction-Film.“
Eine extreme Welt
Viele der außergewöhnlichen Eigenschaften von WASP-121 b ergeben sich aus der Tatsache, dass es sich um einen ultraheißen Jupiter handelt, einen Gasriesenplaneten mit etwa der 1,2-fachen Masse seines Namensvetters im Sonnensystem. WASP-121 b umkreist seinen Stern so nah, dass ein Jahr dort gerade einmal 30 Erdstunden dauert. Diese Nähe bedeutet auch, dass WASP-121 b „tidal locked“ ist, d. h. eine Seite der Welt ist permanent seinem Stern zugewandt (die glühend heiße Tagseite), während die andere Seite (die Nachtseite) kühler ist, weil sie ständig dem Weltraum zugewandt ist.
Eisen und andere Metalle verdampfen auf der glühend heißen Tagseite und werden über den Planeten zur Nachtseite geweht, wo sie kondensieren und als flüssiger Metallregen niedergehen.
Die atmosphärischen Schichten des heißen Jupiter-Exoplaneten WASP-121 b. (Bildnachweis: ESO/M. Kornmesser)
Die Forscher, die tief in die Atmosphäre von WASP-121 b eindrangen und eine 3D-Karte seiner Atmosphäre erstellten, fanden verschiedene Arten von Winden in verschiedenen Schichten der Welt; sie beobachteten auch einen Jetstream, der sich über die Hälfte des Planeten erstreckt.
Dieser Jetstream gewinnt an Geschwindigkeit und scheint die Atmosphäre von WASP-121 b hoch oben am Himmel heftig durcheinander zu wirbeln, während er die Linie zwischen der Nacht- und der Tagseite des Planeten überquert und sich auf die heißere Hälfte zubewegt.
„Was wir gefunden haben, war überraschend: Ein Jetstream lässt Material um den Äquator des Planeten rotieren, während eine separate Strömung in tieferen Schichten der Atmosphäre Gas von der heißen Seite zur kühleren Seite bewegt“, sagte Seidel. „Diese Art von Klima wurde noch nie zuvor auf einem anderen Planeten beobachtet.
„Selbst die stärksten Wirbelstürme im Sonnensystem wirken im Vergleich dazu ruhig.“
Eine Illustration zeigt Elemente, die sich um den Exoplaneten WASP-121 b bewegen. (Bildnachweis: ESO/M. Kornmesser)
Diese komplexe Kartierung der Atmosphäre von WASP-121 b war dank des VLT-Instruments ESPRESSO (Echelle Spectrograph for Rocky Exoplanets and Stable Spectroscopic Observations) möglich. Das VLT kombiniert Licht von verschiedenen Teleskopen; es analysiert viermal so viel Licht wie ein einzelnes Instrument und kann so viel schwächere Details der Planetenatmosphäre erfassen.
Das Team trainierte ESPRESSO auf WASP-121 b für eine vollständige Passage vor dem Gesicht seines Sterns, oder einen vollständigen „Transit“. Auf diese Weise konnten die Forscher die Signatur mehrerer Chemikalien in der Atmosphäre des ultraheißen Jupiters in verschiedenen Atmosphärenschichten nachweisen.
„Das VLT ermöglichte es uns, drei verschiedene Schichten der Atmosphäre des Exoplaneten auf einen Schlag zu untersuchen“, sagte Leonardo A. dos Santos, Mitglied des Teams und Forscher am Space Telescope Science Institute, in der Erklärung.
Die Forscher verfolgten die Bewegung von Eisen, Natrium und Wasserstoff und nutzten diese Elemente, um die Winde in den tiefen, mittleren und flachen Schichten der Atmosphäre von WASP-121 b zu verfolgen.
„Das ist die Art von Beobachtung, die mit Weltraumteleskopen sehr schwierig zu bewerkstelligen ist, was die Bedeutung bodengestützter Beobachtungen von Exoplaneten unterstreicht“, sagte dos Santos.
Eine Überraschung bei dieser Untersuchung war die Entdeckung von Titan, das direkt unterhalb des Jetstreams lauert. Frühere Beobachtungen von WASP-121 b haben gezeigt, dass dieses Element nicht vorhanden ist. Die Diskrepanz könnte darauf zurückzuführen sein, dass der Titananteil tief in der ultraheißen Jupiteratmosphäre verborgen war.
„Es ist wirklich umwerfend, dass wir in der Lage sind, Details wie die chemische Zusammensetzung und die Wettermuster eines Planeten in so großer Entfernung zu untersuchen“, sagte Bibiana Prinoth, Forscherin an der Universität Lund und Autorin einer begleitenden Arbeit, die die Titanentdeckung beschreibt, in der Erklärung.
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Dienstag (18. Februar) in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.
