Weltraumteleskop James Webb liefert Wetterbericht für Exoplanet WASP-43 b
30.04.2024
Heißer Jupiter WASP-43 b
WASP-43 b ist ein Gasplanet, der um den jungen und aktiven Stern WASP-43 kreist. Dieses extrasolare Planetensystem ist 280 Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt. Trotz dieser enormen Distanz haben Forscher:innen durch Beobachtungen mit dem James Webb Space Telescope (JWST) herausgefunden, welche Wind- und Temperatur-Verhältnisse in der Atmosphäre des jupitergroßen Planeten herrschen. Die Ergebnisse werden im Fachartikel Nightside clouds and disequilibrium chemistry on the hot Jupiter WASP-43 b präsentiert.
"Freundlich sind die Verhältnisse auf WASP-43 b nicht”, sagt Ludmila Carone.
"Die Bedingungen in der Atmosphäre konnten erstmals genau genug erfasst werden, um einen detaillierten Wetterbericht für einen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems zu erstellen. Freundlich sind die Verhältnisse dort aber leider nicht", sagt Co-Autorin Ludmila Carone, Mitglied der Exoplaneten-Forschungsgruppe Wetter und Klima am IWF. WASP-43 b ist etwa so groß wie Jupiter, hat aber die doppelte Masse und kreist in einer sehr engen Umlaufbahn um seinen Stern, einen roten Zwerg im Sternbild Sextant. Dadurch sind die Temperaturen seiner Atmosphäre extrem.
Exotische Wolken
WASP-43 b wendet seinem Zentralgestirn immer dieselbe Seite zu. "Auf der Tagseite haben wir Temperaturen von etwa 1250 Grad Celsius, auf der Nachtseite sind es verhältnismäßig milde 600 Grad. Die Winde, die durch das enorme Temperaturgefälle entstehen, können bis zu 18.000 km/h erreichen", sagt Carone. Aufgrund der engen Umlaufbahn des heißen Gasriesen konnte mit dem Infrarotspektrometer MIRI des James-Webb-Teleskops ein kompletter Orbit von WASP-43 b um seinen Stern im Wellenlängenbereich zwischen 4 und 12 Mikrometern vermessen werden.
"WASP-43 b braucht für einen vollen Umlauf um seinen Stern nur 19,5 Stunden. Unsere Kolleg:innen von der NASA haben nun die Infrarotstrahlung sowohl von der Tag- als auch von der Nachtseite beobachtet. Daraus konnten wir die Temperaturen und die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre ableiten", sagt Carone. Die Messungen zeigen, dass auf der Nachtseite des Planeten Wolken aus Mineraliengemischen entstehen, wie wir sie als Gestein auf der Erde kennen. Das Fehlen von Methan auf der Nachtseite legt nahe, dass die vertikale Durchmischung durch Aufwinde deutlich stärker ist als ursprünglich angenommen: Wäre es ruhiger, würde durch die vergleichsweise kühleren Bedingungen Methan entstehen.
Why space research matters
Das James-Webb-Weltraumteleskop ist ein hochsensibles Multitalent in einer Entfernung von 1,5 Millionen Kilometern von der Erde, das mit einer Kühlung um 266 Grad Celsius ermöglicht, dass ein faltbarer, kryogener Leichtgewichtspiegel geringste Mengen an infrarotem Licht sammelt und an höchstpräzise Messinstrumente weiterleitet. Neue Weltraumtechnologien führen zu nachhaltigem Fortschritt auf der Erde, wie bei der NASA für JWST nachzulesen ist.
Dem IWF mit seiner Grundlagenforschung ermöglicht das Teleskop, die Klima- und Wetterverhältnisse auf extrasolaren Planeten zu verstehen. Die physikalische Interpretation dieser Beobachtungsdaten forciert die Weiterentwicklung von komplexen Computermodellen, die das Wissen aus Disziplinen wie Physik, Mathematik, Meteorologie, Chemie und Materialwissenschaften vereint.
Kontakt
Dr. Ludmila Carone
T +43 316 4120-327
ludmila.carone(at)oeaw.ac.at
Publikation
T. Bell et al.: Nightside clouds and disequilibrium chemistry on the hot Jupiter WASP-43 b, Nature Astronomy, doi: 10.1038/s41550-024-02230-x, 2024.