Das James-Webb-Weltraumteleskop führte eine detaillierte Analyse von WASP-39b durch und enthüllte die unterschiedlichen atmosphärischen Bedingungen auf der „Morgen-“ und „Abend“-Seite eines fernen Planeten. Dies ist ein gezeitengebundener Exoplanet mit unterschiedlichen atmosphärischen Bedingungen morgens und abends. Morgens ist es kühler und abends heißer.
Die Messung der Atmosphäre von Exoplaneten (Planeten außerhalb unseres Sonnensystems) mit leistungsstarken Teleskopen ist seit einiger Zeit möglich. Lange Zeit wurde jedoch angenommen, dass die Atmosphäre auf dem gesamten Planeten gleich sei.
Die neue Analyse, die am 15. Juli in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde, konzentriert sich auf einen Planeten mit einer außergewöhnlichen Atmosphäre und enthüllt seine einzigartigen „Morgen-“ und „Abend“-Seiten. Die Studie wurde vom Space Telescope Science Institute geleitet, wobei ein Teil der Analyse von einem Forscher am Imperial College London durchgeführt wurde.
Der Riesenplanet mit dem Namen WASP-39b hat einen größeren Radius als Jupiter, aber eine ähnliche Masse wie Saturn und umkreist einen Stern, der etwa 700 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Außerdem ist er seinem Stern sehr nahe, was dazu führt, dass seine tägliche maximale Oberflächentemperatur 1000 °C (1800 °F) übersteigt, was bedeutet, dass er für eine „tägliche“ Umdrehung genauso lange benötigt wie für eine Umlaufumdrehung.
Das bedeutet auch, dass er „gezeitengebunden“ ist: Die gleiche Seite des Planeten ist immer dem Stern zugewandt, genauso wie die gleiche Seite des Mondes immer der Erde zugewandt ist. Dadurch entstehen eine konstante „Tag“- und eine konstante „Nacht“-Seite des Planeten, aber entscheidend ist, dass es dazwischen auch eine „Morgen“- und eine „Abend“-Seite gibt.
Dr. James Kirk von der Fakultät für Physik am Imperial College London sagte: „Es gibt keine derartigen Planeten im Sonnensystem, aber die meisten Planeten, die wir beobachtet haben, wie sie entfernte Sterne umkreisen, sind relativ nah beieinander und haben kurze Umlaufbahnen, wie zum Beispiel WASP-39b. Jetzt konnten wir unsere Theorien über diese Planeten testen und zum ersten Mal die Dämmerung und Dämmerungsaspekte von Exoplaneten über einen weiten Wellenlängenbereich direkt messen.“
Néstor Espinoza, ein Exoplanetenforscher am Space Telescope Science Institute und Erstautor der Studie, kommentierte: „Diese Analyse ist auch besonders interessant, weil man dreidimensionale Informationen über den Planeten erhält, die vorher nicht verfügbar waren. Weil wir sehen können, dass der Rand nachts wärmer ist, was bedeutet, dass er etwas flauschiger ist. Theoretisch gibt es also gegen Ende der Nachtseite des Planeten eine kleine Ausdehnung.“
Wissenschaftler gewinnen Informationen über die Atmosphäre von Exoplaneten, indem sie das Licht messen, das der Planet empfängt, wenn er vor seinem Stern vorbeizieht. Bei diesem Prozess verändert sich das Licht des Sterns, während es durch die Atmosphäre des Planeten gefiltert wird. Instrumente an Bord des James-Webb-Weltraumteleskops können diese Veränderungen erkennen, wobei spezifische Signaturen verschiedene Moleküle in der Atmosphäre offenbaren.
Diese Technik geht jedoch davon aus, dass die Atmosphäre auf der gesamten Erdoberfläche ungefähr gleich ist.
Auf WASP-39b ist die Tagseite, die immer dem Stern zugewandt ist, viel heißer als die Nachtseite. Aufgrund der Art und Weise, wie sich der Planet dreht, wird angenommen, dass dieser große Temperaturunterschied am Äquator einen starken Wind erzeugt, der sich in eine Richtung bewegt. Dies bildet die „Morgenbrise“ und die „Abendbrise“. „Morgenbrise“ ist der kühle Nachtwind, der zur Tagseite weht, während „Abendbrise“ der heiße Tageswind ist, der zur Nachtseite weht. Die Daten zeigen, dass die Abendtemperaturen deutlich höher sind und glühende 800 °C (1500 °F) erreichen, während die Morgentemperaturen mit 600 °C (1100 °F) relativ kühler sind.
Die Wolkenbildung hängt von der Temperatur ab, daher erwartete das Team, dass die Anzahl der Wolken morgens und abends unterschiedlich sein würde. Sie testeten dies mithilfe verschiedener Methoden zur Analyse von JWST-Daten und stellten fest, dass es wie vorhergesagt am Morgen mehr Wolken gab als am Abend.
Dr. Kirk hat eine der Analysetechniken entwickelt, die sich ausschließlich auf das Licht konzentriert, das der Planet empfängt, wenn er auf der Sternoberfläche beginnt und endet. Da in diesen Momenten nur die Ränder des Planeten die Sternscheibe „berühren“, wird das Licht des Sterns nur durch die Morgen- bzw. Abendseite der Atmosphäre gefiltert. Die Ergebnisse der Analyse passen gut zu anderen Analysen anderer Mitglieder des Teams, zu dem auch Forscher aus den USA und Europa gehören.
Das Team hofft nun, seine Analyse um Daten von weiteren Instrumenten des JWST erweitern zu können. Das Teleskop verfügt über Instrumente, die Licht in verschiedenen Wellenlängenbereichen vom sichtbaren bis zum infraroten Bereich analysieren und so weitere Details über Unterschiede in der Atmosphäre von WASP-39b aufdecken.
Dr. Kirk sagte: „Da wir nun die Machbarkeit dieser Methode am JWST und die sehr hohe Genauigkeit des JWST demonstriert haben, eröffnet uns dies wirklich eine neue Möglichkeit, die atmosphärische Zirkulation von Exoplaneten zu verstehen und zu messen, für die wir bisher weitgehend unempfindlich waren.“
Zusammengestellt von /ScitechDaily