Erste 3D-Karte eines fernen Planeten

Einem Forschungsteam gelang es erstmalig, die Atmosphäre eines Planeten außerhalb unseres Sonnensystems in drei Dimensionen zu kartieren. Dazu beobachtete es mit dem James-Webb-Weltraumteleskop, wie der Planet von uns aus gesehen hinter seinem Stern vorüberzieht. Künftig könnten sich auf diese Weise die Atmosphären vieler ähnlicher Planeten untersuchen lassen, so die Autorinnen und Autoren der Studie im Fachblatt „Nature Astronomy“.

Er ist 400 Lichtjahre von der Erde entfernt und im Vergleich zu Jupiter um 20 Prozent größer und zehnmal so schwer: WASP-18b. Seine Runden zieht der Planet im Abstand von nur drei Millionen Kilometern um seinen Heimatstern. Zum Vergleich: Die Erde ist 150 Millionen, der sonnennächste Planet Merkur immer noch im Mittel 58 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt. Entsprechend heiß ist es auf WASP-18b. Die Durchschnitttemperatur in seiner Gashülle liegt bei 2700 Grad Celsius – man spricht daher von einem „Heißen Jupiter“.

Aufgespürt wurde der Exoplanet – so nennt man einen Planeten, der um einen anderen Stern als unsere Sonne kreist – im Jahr 2009. Ihn verrät, dass er von der Erde aus gesehen jedes Mal vor seinem Stern vorüberzieht, wenn er ihn umrundet. In diesem Moment, Transit genannt, scheint der Stern dann etwas schwächer zu leuchten. Ryan Challener von der Cornell University in den USA und seine Kolleginnen und Kollegen haben jetzt das Gegenstück dazu beobachtet: einen sekundären Transit.

Komplexer, aber aufschlussreich: Ein Transit hinter dem Stern

Bei diesem Ereignis zieht der Planet von der Erde aus hinter dem Stern vorbei. In diesem Moment haben Challener und sein Team mit dem James-Webb-Teleskop Veränderungen im Lichtsignal gemessen, die auf den gerade verschwundenen oder wieder aufgetauchten Teil des Planeten schließen lassen. Führt man diese Beobachtungen gleichzeitig bei unterschiedlichen Wellenlängen durch, so erhält man zugleich einen unterschiedlich tiefen Blick in die Atmosphäre. „Beobachten wir bei einer Wellenlänge, die von Wasser absorbiert wird, blicken wir in die wasserhaltige Schicht der Atmosphäre“, so der Forscher weiter. Bei einer anderen Wellenlänge hingegen können die Forschenden tiefer hineinblicken.

Bei den Messungen erwies sich der Planet an der Stelle, die dem Stern direkt gegenüber liegt, als besonders heiß. Das liegt daran, dass WASP-18b dem Stern stets die gleiche Seite zuwendet. Dort erhitzt sich die Atmosphäre auf 2900 Grad Celsius. Bei dieser extremen Hitze zerfallen Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff, wie die Daten weiter zeigen. Zudem zeigen die Messungen, dass die Atmosphäre in großer Höhe heißer ist als weiter unten ist, weil ein großer Teil des Sternenlichts bereits dort oben absorbiert wird.

Für eine noch genauere dreidimensionale Karte der Atmosphäre möchte das Team mit dem Webb-Teleskop weitere sekundäre Transits von WASP-18b beobachten. Auch auf viele andere Planeten wolle man die Technik anwenden, um so ein 3D-Bild von ihnen zu erhalten und sie besser zu verstehen, so Challener.