Zum ersten Mal ist es Wissenschaftlern gelungen, eine detaillierte, dreidimensionale Karte der Atmosphäre eines Exoplaneten zu erstellen, die beispiellose Einblicke in ferne Welten bietet. Dieser Durchbruch, der mithilfe von Daten des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) und einer hochentwickelten Technik namens „Eclipse Mapping“ erreicht wurde, enthüllt unterschiedliche Temperaturzonen in der Atmosphäre von WASP-18b, einem Gasriesen, der sich etwa 400 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet. Die neue Technik ist vielversprechend für die zukünftige Kartierung von Temperaturschwankungen und Wolkenstrukturen auf anderen Exoplaneten.
Eclipse-Mapping verstehen: Ein neuartiger Ansatz
Wie es funktioniert
Die Kartierung der Sonnenfinsternis ermöglicht es Astronomen, Exoplaneten abzubilden, die aufgrund der überwältigenden Helligkeit ihrer Muttersterne ansonsten unsichtbar wären. Die Technik nutzt das natürliche Phänomen, dass ein Planet hinter seinem Stern vorbeizieht und das von ihm reflektierte Licht zunehmend verdeckt. Durch die sorgfältige Messung, wie sich das Licht des Exoplaneten beim Verschwinden und Wiederauftauchen verändert, können Wissenschaftler Temperaturschwankungen in verschiedenen Höhen und Regionen der Atmosphäre bestimmen. Dies sei „außerordentlich herausfordernd“, so Ryan Challener, Forscher an der Cornell University und Co-Autor der in Nature Astronomy veröffentlichten Studie.
Aufbauend auf früheren Arbeiten: Von 2D zu 3D
Zuvor hatten Wissenschaftler eine zweidimensionale Temperaturkarte von WASP-18b erstellt. Die neue Studie erweitert dies erheblich, indem sie die Fähigkeiten von JWST nutzt und verschiedene Lichtwellenlängen nutzt, um eine viel detailliertere 3D-Darstellung zu erstellen. Durch die selektive Beobachtung von Wellenlängen, die von Substanzen wie Wasser absorbiert werden, könnten Forscher bestimmte atmosphärische Ebenen anvisieren und so effektiv durch die Schichten des Planeten „durchblicken“.
WASP-18b: Ein einzigartiger Gasriese
WASP-18b ist ein faszinierendes Studienfach. Dieser Gasriese verfügt über etwa die zehnfache Masse des Jupiters, vollendet jedoch eine Umlaufbahn um seinen Stern in bemerkenswert kurzen 23 Stunden. Aufgrund der Gezeitenblockierung ist eine Seite von WASP-18b ständig seinem Stern zugewandt und erhält ständiges Sonnenlicht, während die andere Seite in der Dunkelheit eingeschlossen bleibt.
Wichtige Entdeckungen über die Atmosphäre von WASP-18b
Die JWST-Beobachtungen zeigten zwei unterschiedliche Temperaturzonen auf der Tagesseite von WASP-18b:
- Ein zentraler Hotspot: Eine kreisförmige Region direkt gegenüber dem Stern, die das intensivste Sonnenlicht empfängt und die höchsten Temperaturen aufweist.
- Ein kälterer Ring: Er erstreckt sich vom Hotspot nach außen bis zum Rand des Planeten und weist darauf hin, dass atmosphärische Winde die Wärme nicht effektiv über die gesamte Oberfläche verteilen.
Die Forscher entdeckten außerdem eine geringere Wasserdampfkonzentration innerhalb des Hotspots im Vergleich zum gesamten atmosphärischen Durchschnitt des Planeten. Sie vermuten, dass dies auf so hohe Temperaturen zurückzuführen sein könnte, dass sie Wassermoleküle aufspalten – eine Vorhersage, die zuvor durch die Theorie gestützt wurde, jetzt durch Beobachtungen bestätigt wird.
„Wir glauben, dass das ein Beweis dafür ist, dass der Planet in dieser Region so heiß ist, dass er beginnt, das Wasser zu zersetzen“, sagte Challener. „Das wurde theoretisch vorhergesagt, aber es ist wirklich spannend, dies tatsächlich anhand realer Beobachtungen zu sehen.“
Blick in die Zukunft: Zukünftige Forschung und Implikationen
Die Forscher erkennen an, dass weitere Messungen mit JWST die Auflösung der Atmosphärenkarte von WASP-18b dramatisch erhöhen können. Dies würde nicht nur unser Verständnis dieses speziellen Exoplaneten vertiefen, sondern es Wissenschaftlern auch ermöglichen, die Atmosphären anderer Gasriesen zu untersuchen und so unser Wissen über Planetensysteme über unser eigenes hinaus zu erweitern. Dieser Durchbruch stellt einen bedeutenden Fortschritt in unserer Fähigkeit dar, Exoplaneten zu charakterisieren und nach möglichen Anzeichen von Bewohnbarkeit auf entfernten Welten zu suchen.
