Exoplanet regnet Sonnenschutzmittel

Der heiße Gasreise Kepler-13Ab und sein Stern (Grafik: NASA, ESA, and G. Bacon (STScI))

Wer diesen Planeten besucht, braucht keine Sonnenmilch einzupacken: Auf der Nachtseite des heißen Gasriesen Kepler-13Ab regnet es Titanoxid – die UV-abweisende Substanz in unseren Sonnencremes. Das Ungewöhnliche daran: Das Titanoxid entsteht unter Lichteinwirkung auf der Tagseite des Exoplaneten. Erst starke Winde wehen es auf die dunkle Seite, wo die Kälte es zu schneeartigen Flocken kondensieren lässt. Es ist das erste Mal, dass Astronomen dieses Phänomen auf einem Exoplaneten beobachtet haben.

Der Exoplanet Kepler-13Ab liegt gut 1700 Lichtjahre von uns entfernt und umkreist den Hauptstern eines Dreifachsystems. Der Gasriese ist sechsmal so massereich wie der Jupiter und um ein Mehrfaches heißer: Mit einer Oberflächentemperatur von rund 2750 Grad Celsius gehört er zu den heißesten bekannten Exoplaneten. Zudem ist er seinem Stern so nahe, dass er diesen in gebundener Rotation umkreist – er wendet dem Stern immer die gleiche Seite zu. Wegen dieser besonderen Merkmale haben Thomas Beatty von der Pennsylvania State University und seine Kollegen diesen Exoplaneten mit dem Hubble Weltraumteleskop näher unter die Lupe genommen. Als sie mithilfe der Spektralanalyse die Atmosphäre des Gasriesen untersuchten, bemerkten sie Überraschendes: Mit steigender Höhe wurde die Atmosphäre immer kälter. Dies war unerwartet, weil bei den meisten großen Gasplaneten die Temperaturen der Gashülle nach oben hin zunehmen.

Der Grund dafür: In den oberen Atmosphärenschichten von heißen Gasriesen existieren lichtabsorbierende Verbindungen wie Titanoxid, die das Sonnenlicht aufnehmen und dadurch sich und das umgebende Gas aufheizen. Doch bei Kepler-13Ab schien diese "Heizung" nicht zu wirken – aber warum? Die Astronomen spielten verschiedene Szenarien durch und kamen dann auf eine Erklärung: Wegen der starken Unterschiede zwischen Tag- und Nachtseite wehen auf Kepler-13Ab wahrscheinlich starke Winde. Diese reißen das Titanoxid mit sich auf die Nachtseite. Weil es dort jedoch deutlich kälter ist, kristallisiert die zuvor gasförmige Verbindung aus und es entstehen weißliche, schneeartige Flocken. "Dieser Prozess kommt wahrscheinlich auf den meisten heißen Jupitern vor", erklärt Beatty. "Aber diese Gasriesen haben eine geringere Schwerkraft als Kepler-13Ab."

Planetare Kältefalle

Das bedeutet: Auf kleineren Gasriesen bleibt der Titanoxid-"Schnee" in der Atmosphäre und wird im Laufe der Zeit zurück auf die Tagseite geweht, wie die Forscher erklären. Dort wird er wieder gasförmig und füllt so das dortige Reservoir dieser lichtabsorbierenden Substanz wieder auf – damit ist dieser Prozess aus der Ferne quasi nicht nachweisbar. Anders auf Kepler-13Ab: Weil auf diesem Gasriesen eine sechsfach höhere Schwerkraft herrscht als auf dem Jupiter, kann der Titanoxid-Schnee nicht in der Schwebe bleiben. Stattdessen regnet er in tiefere Schichten der Gashülle hinab und gelangt damit außer Reichweite der planetenumspannenden Sturmwinde. Dadurch kann das Titanoxid nicht mehr zurück auf die Tagseite geweht werden, wie die Astronomen erklären.

Die Theorie einer solchen "Kältefalle" haben Astronomen schon vor ein paar Jahren aufgestellt. Doch erst jetzt liefern die Beobachtungen bei Kepler-13Ab den ersten Beleg dafür, dass dieses Phänomen tatsächlich auf solchen Exoplaneten existiert. "Zu verstehen, wie das Klima auf anderen Welten funktioniert, ist eine der großen Fragen der letzten Jahre", sagt Beattys Kollege Jason Wright. "Diese Kältefalle nun in Aktion zu sehen, liefert uns ein lange gesuchtes und wichtiges Teil dieses Puzzles." Zwar sind heiße Jupiter eine extreme Variante exoplanetaren Klimas, gleichzeitig bieten sie den Astronomen wegen ihrer Größe und Nähe zum Stern besonders gute Möglichkeiten, deren Atmosphären zu beobachten. "Die Atmosphäre auf diesen Planeten und ihre Funktionsweise zu verstehen, wird uns dabei helfen, wenn wir kleinere Exoplaneten untersuchen, die schwerer zu sehen sind und kompliziertere Atmosphären besitzen", sagt Beatty.

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