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CHEOPS
Eine erste extrasolare Glorie auf WASP-76b?
Redaktion / Pressemitteilung des Instituts für Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
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9. April 2024

Mithilfe von Daten des Weltraumteleskops CHEOPS und anderer Satelliten könnten Forschende eine sogenannte Glorie in der Atmosphäre des Exoplaneten WASP-76 b entdeckt haben. Diese Lichterscheinung kommt auf der Erde recht häufig vor, wurde aber ansonsten nur noch auf der Venus beobachtet. Weitere Daten, etwa von James Webb, könnten helfen, die Entdeckung zu bestätigen.

WASP-76 b

Künstlerische Darstellung der Glorie auf dem Exoplaneten WASP-76 b. Bild: ESA / ATG (CC BY-SA 3.0 IGO)  [Großansicht]

Glorien sind bunte konzentrische Lichtringe, die nur unter besonderen Bedingungen auftreten. Bei uns auf der Erde sind sie vor allem auf Gebirgsspitzen bei nebligem Wetter aber auch aus dem Flugzeug in darunterliegenden Wolkenschichten zu beobachten. Daten von CHEOPS, dem empfindlichen Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation ESA zur Charakterisierung von Exoplaneten, sowie Daten von mehreren anderen ESA- und NASA-Missionen deuten darauf hin, dass dieses Phänomen aus der Atmosphäre des ultraheißen Gasriesen WASP-76 b direkt auf die Erde strahlt. Dieser auf der Erde häufig beobachtete Effekt wurde bisher nur einmal auf einem anderen Planeten, der Venus, gesehen. Sollte sich diese erste extrasolare Glorie bestätigen, wird sie mehr über die Natur dieses rätselhaften Exoplaneten verraten.

"Es ist für einen Forscher wirklich aufregend, solche Wetterphänomene zu sehen. Ich bin schon sehr gespannt, was wir in Zukunft noch finden werden", so Exoplanetenforscher Patricio Cubillos vom Institut für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Graz. Ludmila Carone pflichtet ihrem Kollegen bei: "Es gibt noch so unglaublich viel über planetare Atmosphären zu lernen. Auf jeden Fall werden unsere 3D-Klima- und Wolkenmodelle bei künftigen Erkenntnissen eine entscheidende Rolle spielen."

Die Daten von CHEOPS und anderen Satelliten deuten darauf hin, dass sich zwischen der unerträglich heißen, sonnenbeschienenen Tagseite des Exoplaneten WASP-76 b und der ständig dunklen Nachtseite die erste exoplanetare Glorie befinden könnte. Der regenbogenähnliche Effekt tritt auf, wenn das Licht von Wolken reflektiert wird, die aus einer vollkommen gleichförmigen, aber bisher unbekannten Substanz bestehen. Jede Glorie ist einzigartig, abhängig von der Zusammensetzung der Atmosphäre des Planeten und den Farben des Sternlichts, das auf ihn scheint. So erzeugen verschiedene Sterne Glorien mit unterschiedlichen Farben und Mustern. Eine Glorie tatsächlich beobachten zu können, ist jedoch schwierig. Der nahegelegene Stern des Planeten muss direkt auf ihn scheinen und der Beobachter - hier CHEOPS - muss genau richtig ausgerichtet sein.

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WASP-76 b ist 637 Lichtjahre entfernt - ein extrem heißer Gasriesenplanet, auf den ein Materialgemisch niederprasselt, das aus sogenannten Hochtemperaturkondensaten wie Titandioxid (TiO2), Eisen (Fe) und Aluminiumoxid (Al2O3) bestehen kann. Dieses Ergebnis zeigt, dass CHEOPS in der Lage ist, subtile, nie zuvor gesehene Phänomene - wie eine Glorie - auf fernen Welten zu entdecken. Seit seiner Entdeckung im Jahr 2013 wird WASP-76 b intensiv untersucht und es hat sich ein bizarres, höllisches Bild seiner Atmosphäre ergeben. Eine Seite des Planeten ist immer der Sonne zugewandt und erreicht Temperaturen von 2400 Grad Celsius. Hier schmelzen und verdampfen Materialien, die auf der Erde Gestein bilden würden. An einem Rand dieser Tagseite ist auch die Glorie zu sehen.

Die Tatsache, dass dieser Effekt nur an einer bestimmten Stelle auftritt und damit eine Asymmetrie erzeugt, hat die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verblüfft. CHEOPS beobachtete WASP-76 b intensiv, während er vor seinem sonnenähnlichen Stern vorbeizog und diesen umkreiste. Nach 23 Beobachtungen über drei Jahre hinweg zeigten die Daten eine überraschende Zunahme der Lichtmenge, die von der östlichen Tag-/Nachtgrenze des Planeten ausging. Dies ermöglichte es dem Team, den Ursprung des Signals zu entschlüsseln und einzugrenzen.

Der Glorien-Effekt erzeugt zwar Muster, die einem Regenbogen ähnlich sind, unterscheidet sich aber von diesem. Ein Regenbogen entsteht, wenn das Sonnenlicht beim Übergang in ein Medium anderer Dichte gebrochen wird. Die verschiedenen Wellenlängen werden unterschiedlich stark gebrochen, wodurch sich das weiße Licht in seine verschiedenen Farben aufspaltet und der bekannte runde Bogen eines Regenbogens entsteht. Die Krümmung unseres Erd-Regenbogens liegt in der gekrümmten Oberfläche der Regentropfen in den Erdwolken begründet. Das kann auf anderen Planeten anders sein, wenn die Wolkenteilchen zum Beispiel aus kleinen Würfeln bestünden. Die Glorie hingegen entsteht, wenn das Licht an der Oberfläche kleiner, feinverteilter Wolken- oder Nebeltröpfchen gestreut wird. Durch die Form der Wolkenteilchen bilden sich so konzentrische Farbringe.

Sollte sich der Glorien-Effekt durch zukünftige Beobachtungen bestätigen, ließe er auf das Vorhandensein von Wolken schließen, die mindestens drei Jahre lang bestehen oder ständig nachgefüllt werden. Damit solche Wolken erhalten bleiben, müsste auch die Temperatur und damit das Wetter des Planeten über die Zeit stabil sein - ein faszinierender und detaillierter Einblick in das, was auf WASP-76 b vor sich gehen könnte. Durch die Entdeckung derartiger Wolken-Phänomene in so weiter Ferne kann die Wissenschaft auch herausfinden, wie andere, ähnlich schwer messbare Erscheinungen erkannt werden könnten. Mit ultragenauen Messungen ließe sich zum Beispiel die Reflexion des Sternlichts in flüssigen Seen und Ozeanen auf Exoplaneten nachweisen. Flüssiges Wasser ist eine Voraussetzung für Leben, wie wir es kennen.

Es bedarf weiterer Beweise, um schlüssig sagen zu können, dass es sich bei dieser faszinierenden Lichterscheinung um eine Glorie handelt. Folgebeobachtungen mit dem NIRSPEC-Instrument an Bord des Weltraumteleskops James Webb könnten genau das leisten. Auch die bevorstehende ARIEL-Mission der ESA könnte diesen Beweis liefern und sogar weitere herrlich aufschlussreiche Farben finden, die von anderen Exoplaneten leuchten. "Dabei ist es ein Anliegen unserer Arbeit am IWF mit Computer-Modellen, die wir als virtuelle Laboratorien für extreme Wetter- und Wolkenbedingungen ferner Planeten anwenden, auch den Bogen zum Erdklima zu spannen. Je mehr wir über die verschiedenen Aspekte klimatischer Bedingungen und die Diversität der Zusammensetzung von planetaren Wolken erfahren, umso besser verstehen wir auch das Klima und den Einfluss von Wolken auf unserer Erde", betont IWF-Direktorin Christiane Helling, die auch die Exoplaneten-Forschungsgruppe "Wetter und Klima" am Institut leitet.

Über ihre Beobachtungen und Schlussfolgerungen berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics erschienen ist.

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siehe auch
WASP-76b: Der Planet, auf dem es Eisen regnet - 13. März 2020
Ferne Welten - unsere Berichterstattung über die Suche nach extrasolaren Planeten und außerirdischem Leben
Links im WWW
 Demangeon, O. D. S. et al. (2024): Asymmetry in the atmosphere of the ultra-hot Jupiter WASP-76 b, A&A, 684, A27
Institut für Weltraumforschung (IWF)
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