Astronomie : Stärker als ein Hurrikan: Forscher entdecken Stürme auf Exoplaneten

Eisen, Natrium, Wasserstoff: aus diesen drei Elementen braut sich auf dem Exoplaneten WASP-121b ein Wetter zusammen, wie Forscher es noch nie gesehen haben.

Erstmals haben Astronominnen und Astronomen durch die Atmosphäre eines Exoplaneten geblickt und ihre dreidimensionale Struktur kartiert. Durch die Kombination aller vier Teleskope des Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) fanden sie starke Winde, die chemische Elemente wie Eisen und Titan transportieren und komplexe Wettermuster in der Atmosphäre des Planeten erzeugen. 

"Die Atmosphäre dieses Planeten verhält sich auf eine Weise, die unser Verständnis der Wetterabläufe infrage stellt – nicht nur auf der Erde, sondern auf allen Planeten. Es fühlt sich an, wie etwas aus einem Science-Fiction-Film", sagt Julia Victoria Seidel, Forscherin an der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile und Hauptautorin der Studie, die im Fachjournal Nature veröffentlicht wurde.

Der Planet, WASP-121b (auch bekannt als Tylos), ist etwa 900 Lichtjahre entfernt im Sternbild Puppis (Achterdeck des Schiffs) zu finden. Es handelt sich um einen sogenannten ultraheißen Jupiter, einen Gasriesen, der seinen Mutterstern so nah umkreist, dass ein Jahr dort nur etwa 30 Erdstunden dauert. Der glühend heiße Planet rotiert gegen den Uhrzeigersinn, wodurch er seinem Mutterstern immer dieselbe Seite zuwendet. Auf der einen Hälfte des Planeten ist es also immer Tag und auf der anderen immer Nacht. Der Übergang zwischen Nacht und Tag ist die "Morgen-Seite", während die "Abend-Seite" den Übergang zwischen Tag und Nacht darstellt.

Windsysteme auf Exoplanet: drei Elemente helfen bei der Suche

Um die Atmosphäre von Tylos zu untersuchen, verfolgten die Forscherinnen und Forscher in ihr die Bewegungen drei chemischer Elemente: Eisen, Natrium und Wasserstoff. Dabei entdeckten sie drei separate Schichten mit sehr unterschiedliche Windsystemen und erstellten eine Karte der 3D-Struktur der Atmosphäre. 

Die tiefste Schicht in der Atmosphäre ist ein Wind aus Eisen, der von dem Punkt des Planeten wegbläst, an dem der Stern direkt über ihm steht. Über dieser Schicht befindet sich ein rasend schneller Jetstream aus Natrium, der sich schneller bewegt als der Planet rotiert. Dieser Jet beschleunigt sogar, wenn er sich von der Morgen- zur Abendseite des Planeten bewegt. "Selbst die stärksten Hurrikane im Sonnensystem wirken im Vergleich dazu ruhig", sagt Seidel. Schließlich gibt es noch eine obere Schicht aus Wasserstoffwind, der nach außen bläst. Diese Wasserstoffschicht überlappt sich mit dem darunter liegenden Natriumjet. "Ein solches Klima wurde noch nie auf einem Planeten beobachtet", betont Seidel, die auch am Lagrange-Labor des Observatoire de la Côte d'Azur in Frankreich forscht.

Interessanterweise zeigten die Beobachtungen auch das Vorhandensein von Titan direkt unterhalb des Natrium-Jetstreams. Bei früheren Beobachtungen des Planeten war dieses Element nicht in der Atmosphäre entdeckt worden. Es sei wirklich verblüffend Details wie die chemische Zusammensetzung und die Wettermuster eines Planeten in einer so großen Entfernung untersuchen zu können", staut Bibiana Prinoth, Doktorandin der ESO und Mitautorin des Nature-Artikels ist.

Um auch die Atmosphäre kleinerer, erdähnlicher Planeten zu erforschen, braucht es noch größere Teleskope als die bestehenden. Dazu gehört das Extremely Large Telescope (ELT) der ESO, das derzeit in der chilenischen Atacama-Wüste gebaut wird. "Das ELT wird die Erforschung der Atmosphären von Exoplaneten grundlegend verändern", sagt Prinoth. "Wir stehen kurz davor, unglaubliche Dinge zu entdecken, von denen wir jetzt nur träumen können."