Astronomen haben das Geheimnis der Atmosphäre eines Exoplaneten weit außerhalb unseres Sonnensystems gelüpft – und was sie entdeckt haben, ist absolut einzigartig.
Zum ersten Mal in der Geschichte haben Wissenschaftler die Atmosphäre eines Exoplaneten dreidimensional kartiert. Das Objekt ihrer Forschung: WASP-121b, besser bekannt als Tylos. Mit Hilfe des Very Large Telescope (ja, das heißt wirklich so) der Europäischen Südsternwarte (ESO) konnten sie komplexe Wetterphänomene und eine unerwartete chemische Zusammensetzung identifizieren. Ihre bahnbrechende Studie, die am Dienstag in einer frühen Version in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde, ebnet den Weg für künftige Forschungen über außerirdische Atmosphären.
„Die Atmosphäre dieses Planeten verhält sich auf eine Weise, die unsere bisherigen Vorstellungen von Wetter grundlegend infrage stellt – nicht nur auf der Erde, sondern auf allen bekannten Planeten. Es fühlt sich an wie Science-Fiction“, erklärt Julia Victoria Seidel, Physikerin an der ESO in Chile und Hauptautorin der Studie.
Es sei angemerkt, dass die offizielle Definition eines „Planeten“ immer noch auf Körper innerhalb unseres Sonnensystems beschränkt ist. Manche Astronomen setzen sich dafür ein, diese Definition zu erweitern. Dennoch wird der Begriff „Planet“ aus Einfachheitsgründen oft auch für Exoplaneten wie Tylos verwendet.
Extreme Bedingungen auf einem ultraheißen Jupiter
Der untersuchte Exoplanet ist ein Gasriese – eine riesige Welt, die hauptsächlich aus Helium und Wasserstoff besteht. Tylos befindet sich rund 900 Lichtjahre von der Erde entfernt und umkreist seine Sonne in nur etwa 30 Stunden. Dabei ist er seinem Stern so nahe, dass er als „ultraheißer Jupiter“ klassifiziert wird. Aufgrund der extremen Nähe ist der Planet zudem gebunden rotierend (tidally locked), was bedeutet, dass immer dieselbe Seite zur Sonne zeigt und dadurch deutlich heißer ist als die andere.
Seidel und ihr Team analysierten die Atmosphäre des Exoplaneten mit allen vier Teleskopeinheiten des Very Large Telescope. Durch die Untersuchung von Eisen, Natrium und Wasserstoff konnten sie die verschiedenen atmosphärischen Schichten von Tylos – von den tiefen bis zu den oberen Ebenen – detailliert erfassen.
„Das VLT ermöglichte es uns, drei verschiedene Schichten der Exoplaneten-Atmosphäre in einem einzigen Durchgang zu untersuchen“, erklärt Leonardo A. dos Santos, Astronom am Space Telescope Science Institute in Baltimore, der an der Studie beteiligt war. „Solche Untersuchungen sind mit Weltraumteleskopen oft schwierig durchzuführen, was zeigt, wie wichtig bodengestützte Beobachtungen für die Exoplanetenforschung sind.“
Ein Wetterphänomen wie nie zuvor
Die Wissenschaftler erstellten eine 3D-Karte auf Basis ihrer Beobachtungen und enthüllten dabei eine bislang unbekannte Dynamik der Atmosphäre jenseits unseres Sonnensystems.
„Was wir gefunden haben, hat uns überrascht: Ein riesiger Jetstream bewegt Material um den Äquator des Planeten, während ein separater Luftstrom auf tieferen Atmosphärenschichten heißes Gas von der Sonnenseite auf die kühlere Nachtseite transportiert. So ein Klimasystem wurde noch nie zuvor auf einem Planeten beobachtet“, erklärt Seidel.
Zum Vergleich: Selbst die stärksten Hurrikane in unserem Sonnensystem wirken gegenüber diesem Wetterphänomen wie ein laues Lüftchen.
Ergänzend dazu wurde in einer zweiten Studie, die diese Woche in Astronomy & Astrophysics erschien, Titan in tieferen Atmosphärenschichten entdeckt. Bisherige Forschungen hatten dieses chemische Element nicht nachweisen können, vermutlich weil es sich in einer verborgenen Tiefe der Atmosphäre befindet.
„Es ist absolut faszinierend, dass wir die chemische Zusammensetzung und das Wetter eines Planeten in so einer enormen Entfernung untersuchen können“, sagt Bibiana Prinoth, Doktorandin für Astronomie und Astrophysik an der Universität Lund. Prinoth ist Co-Autorin der Nature-Studie und leitete die begleitende Veröffentlichung.
Prinoths Begeisterung ist berechtigt: Künftige Teleskope wie das Extremely Large Telescope (ELT) der ESO werden es Wissenschaftlern ermöglichen, auf ähnliche Weise auch kleinere, erdähnliche Exoplaneten zu analysieren.
„Das ELT wird die Erforschung von Exoplaneten-Atmosphären revolutionieren“, fasst Prinoth zusammen.
Die Entdeckung von Tylos‘ exotischem Wetter zeigt, wie viel wir noch über das Universum zu lernen haben – und dass wir erst am Anfang einer neuen Ära der Exoplanetenforschung stehen.
