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Die veränderliche Atmosphäre von WASP 121 b
von
Stefan Deiters
astronews.com
5. Januar 2024
Forschende haben Beobachtungen des extrasolaren Planeten
WASP 121 b mit dem Weltraumteleskop Hubble aus mehreren Jahren neu
ausgewertet und so entdeckt, dass es signifikante Unterschiede in den
Beobachtungsdaten gibt, die auf quasi-periodische Wettermuster in der Atmosphäre
des heißen Jupiters zurückzuführen sein dürften.
Künstlerische Darstellung des extrasolaren Planeten WASP 121 b
vor seinem Zentralstern.
Bild: NASA, ESA, Q. Changeat et al., M. Zamani (ESA /
Hubble) [Großansicht] |
Auch mit modernen Teleskopen ist die Erforschung von extrasolaren Planeten,
also von Planeten, die um andere Sterne kreisen, eine Herausforderung. Das
liegt nicht nur an der Entfernung der Planeten zu uns, sondern auch daran, dass sie
von ihrem hellen Zentralstern oft überstrahlt werden. So ist es sehr
schwierig, zu unterscheiden, welche Strahlung eigentlich von dem Planeten und
welche vom Zentralstern stammt.
Bei sogenannten Transitplaneten kann das
allerdings gelingen: Diese Planeten ziehen - von der Erde aus betrachtet - vor
ihrer Sonne vorüber. Das führt dazu, dass manchmal das Licht des Sterns durch
die Atmosphäre des Planeten fällt und zu anderen Zeiten der Planet hinter
seinem Zentralstern verborgen ist. Die sorgfältige Auswertung solcher
Beobachtungen erlaubt dann Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der
Planetenatmosphäre.
Allerdings reichen einzelne Beobachtungen nicht aus, um etwas mehr über die
Dynamik einer extrasolaren Atmosphäre zu erfahren und damit über das Wetter auf
der fernen Welt. Die Untersuchung des Wetters erfordert weitaus mehr Daten von
hoher Qualität, die über einen längeren Zeitraum gewonnen wurden - und genau
solche Daten finden sich inzwischen in den Archiven des Weltraumteleskops
Hubble, etwa zum Exoplaneten WASP-121 b (astronews.com
berichtete). Dabei handelt es sich um einen
bereits gut untersuchten "heißen Jupiter", der einen Stern umkreist, der etwa
880 Lichtjahre von der Erde entfernt liegt. Für eine Umrundung seines Sterns
benötigt der Planet rund 30 Stunden - er ist seiner Sonne also sehr nahe. Da es
sich um einen Gasriesen handelt, spricht man von einem "heißen Jupiter".
Seine Nähe zu seinem Zentralstern bedeutet zudem, dass er gebunden
rotiert, er also seiner Sonne immer die gleiche Seite zuwendet. Auf der
sonnenzugewandten Seite dürften
Temperaturen von über 2750 Grad Celsius herrschen. Ein Forschungsteam
kombinierte nun vier Sätze von Archivbeobachtungen von WASP-121 b, die alle mit
Hubbles Wide Field Camera 3 gewonnen wurden:
Daten von WASP-121 b beim Transit vor seinem Stern (Juni 2016); Daten, bei denen
der Planet hinter seinem Stern vorbeizog (November 2016) sowie zwei
Transitbeobachtungen aus dem März 2018 und Februar 2019.
Das Team hat nun die verschiedenen Beobachtungsdaten auf die gleiche Weise
ausgewertet und damit vergleichbar gemacht. "Unser Datensatz repräsentiert eine
beträchtliche Menge an Beobachtungszeit für einen einzelnen Planeten und ist
derzeit der einzige konsistente Satz solcher wiederholten Beobachtungen",
erläutert Quentin Changeat, ein ESA-Forschungsstipendiat am Space Telescope
Science Institute. "Die Informationen, die wir aus diesen Beobachtungen
extrahiert haben, erlaubte uns, die Atmosphäre von WASP-121 b zu verschiedenen
Zeiten zu charakterisieren, also mehr über die Chemie, die Temperatur und die
Wolken abzuleiten. Dadurch erhielten wir ein gutes Bild des Planeten und der
Veränderungen im Laufe der Zeit."
Das Team fand klare Hinweise auf zeitliche Veränderungen in den Beobachtungen
von WASP-121 b, die sich nicht durch spezifische Eigenschaften der Instrumente
erklären lassen: So wurde beispielsweise eine Verschiebung des sogenannten "Hot
Spots" des Planeten, also des heißesten Bereichs auf der Planetenoberfläche,
festgestellt und
auch Unterschiede in der spektralen Signatur, die auf eine sich verändernde
Atmosphäre hindeuten. Mithilfe von Computermodellen versuchte man dann, die
Veränderungen in der Atmosphäre zu verstehen: Danach können die Beobachtungen am
besten durch quasi-periodische Wettermuster erklärt werden, insbesondere durch
gewaltige Wirbelstürme, die aufgrund des enormen Temperaturunterschieds zwischen
der dem Stern zugewandten und der abgewandten Seite des Planeten immer
wieder entstehen und sich auflösen.
"Die hohe Auflösung unserer Exoplaneten-Atmosphärensimulationen ermöglicht es
uns, das Wetter auf sehr heißen Planeten wie WASP-121 b genau zu modellieren",
erklärt Jack Skinner vom California Institute of Technology. "Hier
machen wir einen bedeutenden Schritt nach vorne, indem wir Beobachtungen mit
Simulationen kombinieren, um das zeitlich veränderliche Wetter auf diesen
Planeten zu verstehen."
Die Ergebnisse werden in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal
Supplement Series veröffentlicht.
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