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Astronomie+Physik

Heiße Jupiter: Wolken schirmen Wasser ab

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So unterschiedlich können heiße Jupiter sein (Grafik: European Space Agency)
Sie sind groß wie der Jupiter und ebenso gasreich, aber sehr viel heißer: Unter den bisher bekannte Exoplaneten sind viele Gasplaneten, die ihren Stern sehr nah umkreisen – sogenannte heiße Jupiter. Diese Gasriesen gaben bisher Rätsel auf, denn während einige von ihnen viel Wasserdampf in ihrer Atmosphäre enthalten, schienen andere nahezu wasserfrei zu sein. Den Grund für diese scheinbare Diskrepanz haben Forscher nun aufgeklärt: Das Wasser ist nicht weg, es wird nur verborgen.

Unter den fast 2000 bisher bekannten extrasolaren Planeten sind heiße Jupiter besonders häufig vertreten – nicht, weil sie generell häufig sind, sondern eher aus ganz praktischen Gründen. Denn je näher ein Planet seinem Stern ist und je größer, desto leichter lässt er sich von Astronomen entdecken. Der Planet verrät sich beispielsweise dadurch, dass seine Schwerkraft den Stern leicht zum Taumeln bringt oder er zieht von uns aus gesehen direkt vor dem Stern vorüber und dimmt so regelmäßig dessen Licht. Bei einem solchen Transit können Astronomen – mit viel Glück – auch den spektralen Fingerabdruck der Atmosphäre dieser Gasriesen einfangen. Denn die Elemente und Moleküle in der Gashülle absorbieren bestimmte Wellenlängen des Sternenlichts und hinterlassen dadurch charakteristische Linien im Spektrum.

Doch genau dies sorgte bisher für Verwirrung: „Einige heiße Jupiter haben sehr viel schwächere Wasser-Absorptionslinien in ihren Spektren als vorhergesagt“, erklären David Sing von der University of Exeter und seine Kollegen. Warum das so ist, blieb bisher unklar – auch, weil es bisher zu wenige Spektren solcher heißen Jupiter gab. Theoretisch könnte dies daran liegen, dass diese Himmelskörper schon bei ihrer Entstehung ihr Wasser verloren haben. Das allerdings widerspricht gängigen Modellen zur Planetenbildung, wie die Astronomen erklären: Ein heißer Jupiter mit einer solchen Verarmung an Wasserdampf müsste sich in weiter Entfernung vom Zentralstern gebildet haben, jenseits der sogenannte Schneelinie. Der Planet wäre dann erst nachträglich in seine enge Umlaufbahn um den Stern gelangt „Aber das würde erfordern, dass wir unsere aktuellen Theorien komplett umdenken“, sagt Koautor Jonathan Fortney von der University of California in Santa Cruz.

Wolken statt Wasserarmut

Es gibt jedoch noch eine andere Lösung des Rätsels, wie Sing und seine Kollegen nun entdeckt haben. Für ihre Studie haben sie mit Hilfe des Hubble- und des Spitzer-Weltraumteleskops erstmals systematisch die Gashülle von zehn heißen Jupitern untersucht – so viele wie noch nie. Die Planeten decken dabei eine große Spanne von Größen, Temperaturen, Schwerkraft und Massen ab. „Ich bin begeistert, endlich diese große Gruppe von Planeten zusammen sehen zu können“, sagt Sing. „Dies ist das erste Mal, dass wir genügend Wellenlängen-Daten haben, um diese Planeten untereinander in gleich mehreren Merkmalen zu vergleichen.“ Der Vergleich bestätigte, dass einige heiße Jupiter in der Tat wasserreicher scheinen als andere. Aber die Daten zeigten auch, dass dies an einem weiteren atmosphärischen Mitspieler liegt: Wolken. Denn bei den Gasplaneten mit nur schwachem Wassersignal in ihrem Spektrum beobachteten die Forscher Signale, die auf die Kondensation von Silikaten und anderen Verbindungen in den oberen Gasschichten hindeuten. Solche Kristallwolken sind bereits von Braunen Zwergen bekannt, Himmelskörpern, die im Grenzbereich zwischen Sternen und Planeten angesiedelt sind.

Unter den heißen Jupitern gibt es demnach einige, deren Gashülle klar ist und damit den freien Blick auf den Wasserdampf erlaubt, und andere, bei denen Dunst und Wolken in der Atmosphäre das spektrale Signal des Wasserdampfs kaschieren. „Unsere Ergebnisse sprechen daher dafür, dass diese Planeten nicht trocken sind, sondern einfach nur Wolken besitzen, die das Wasser vor unseren Augen verbergen“, sagt Fortney. Das Szenario eines von Geburt an wasserarmen, weit außen entstandenen Gasriesen scheint damit vorerst vom Tisch. Stattdessen reichen offenbar schon geringe Temperaturunterschiede in der Gashülle der Planeten aus, um entweder klare Sicht oder aber eine Kondensation von Sulfaten und Silikaten zu verursachen. „Das hilft uns sehr dabei, besser zu verstehen, was diese Planeten ausmacht und wie sie einst gebildet wurden“, sagt Sing.

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Quelle:

© wissenschaft.de – Nadja Podbregar
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