Warum es auf Exoplaneten Rubine regnen kann
Extremes Wetter: Forschende konnten erstmals die gesamte Atmosphäre eines heißen Jupiters untersuchen.
Glühende Riesen im Weltall: Etwa 300 der fast 5.000 bekannten Exoplaneten sind Heiße Jupiter – Riesengasplaneten, die so eng um ihre Zentralsterne kreisen, dass auf ihnen Temperaturen von teilweise einigen Tausend Grad Celsius herrschen. Dabei ist ihre Umlaufbahn so an ihren Zentralstern gebunden, dass nur eine Seite aufgeheizt wird. Auf der anderen Seite herrscht ewige Dunkelheit.
Unter der Leitung von Thomas Mikal-Evans vom Max-Planck-Institut für Astronomie haben Forschende nun erstmals einen umfassenden Einblick in die Wetterphänomene und die atmosphärischen Bedingungen eines solchen Exoplaneten erhalten. Ihre Studie, die in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht wurde, offenbart die bizarren Wetterkreisläufe auf WASP-121 b. Mit dabei: Wolken aus Metall und Regen aus Rubin.
Einblicke in die Tag- und Nachtseite
Die Beobachtung von Exoplaneten ist laut Mikal-Evans nicht leicht: „Trotz der Entdeckung von Tausenden von Exoplaneten konnten wir bisher nur die Atmosphären eines kleinen Teils der Planeten untersuchen.“ Die durch solche Messungen gelieferten Informationen seien zusätzlich oft eher begrenzt.
Doch mit WASP-121 b ist nun endlich ein detaillierter Einblick in die Atmosphäre eines Exoplaneten gelungen. „Um die gesamte Oberfläche von WASP-121 b zu untersuchen, haben wir mit dem Hubble-Weltraumteleskop Spektren während zweier kompletter Planetenumläufe aufgenommen“, so Co-Autor David Sing von der Johns Hopkins University in Baltimore, USA. Durch die Analyse dieser Daten konnte erstmals der gesamte Wasserkreislauf eines Heißen Jupiters untersucht werden.
Besonders wichtig: das Zusammenspiel der beiden Hemisphären des Exoplaneten. WASP-121 b weist auf der Tagseite eine Temperatur von bis zu 2.700 Grad Celsius auf, auf der Nachtseite kann sie auf bis zu 1.200 Grad Celsius fallen. Für ihre Studie untersuchten die Astronominnen und Astronomen, wie sich der Aggregatzustand des Wassers auf WASP-121 b durch diese extremen Temperaturunterschiede ändert – und wie sich Metalle unter solchen atmosphärischen Bedingungen verhalten.
Das Wetter eines Extrem-Planeten
Die Daten offenbaren: Durch die extreme Hitze auf dem Heißen Jupiter ist sein Wasserkreislauf völlig anders als der auf der Erde. Auf der Tagseite des Exoplaneten ist es so heiß, dass die Temperaturen das Wasser zum Glühen bringen. Teilweise zerfallen die Wassermoleküle gar in ihre atomaren Bestandteile.
Gleichzeitig führen die hohen Temperaturunterschiede zwischen Tag- und Nachtseite zu starken Winden, die den gesamten Planeten umwehen und die aufgebrochenen Wassermoleküle mitreißen. Wenn die Wasserstoff- und Sauerstoffatome dann auf der Nachtseite ankommen, können sie sich durch die dort herrschenden niedrigen Temperaturen wieder verbinden. Wasserdampf entsteht, der schließlich wieder auf die Tagseite geweht wird.
Wolken aus Metall
Im Gegensatz zum bekannten Wasserkreislauf entstehen dabei weder Wasserwolken noch Regen.
Die Wolken auf WASP-121 b bestehen hauptsächlich aus Metallen wie Eisen, Magnesium oder Chrom. Auf der Nachtseite sind die Temperaturen niedrig genug, um die Metalle zu Wolken kondensieren zu lassen, die durch Winde auf die Tagseite getragen werden und hier wieder verdampfen.
Die Forschenden vermuten, dass die Metalle Aluminium und Titan in die tieferen Schichten der Atmosphäre abregnen. Verbindet sich das Aluminium mit Sauerstoff entsteht die Verbindung Korund. Ist diese mit Eisen, Titan oder Chrom verunreinigt, kennen wir sie als Rubin oder Saphir.
Bisher war es den Forschenden nicht möglich, einen Blick in diese tieferen Schichten zu werfen. Sobald es ihnen jedoch gelingt, könnten sie auf der Nachtseite des Heißen Jupiters etwas ganz Besonderes beobachten: Regen aus flüssigen Edelsteinen.
