Ein internationales Forschungsteam hat mithilfe des von NASA, ESA und CSA betriebenen James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) erstmals direkt aus dem All ein deutliches atmosphärisches Ungleichgewicht zwischen der Morgen- und der Abendhemisphäre des Exoplaneten WASP-107b nachgewiesen. Die rund 200 Lichtjahre von der Erde entfernte Welt im Sternbild Jungfrau zeigt in der im Fachblatt Nature Astronomy veröffentlichten Studie markante Ost-West-Unterschiede in Temperatur und Bewölkung.
WASP-107b wird von Planetenforschern aufgrund seiner extrem geringen Dichte oft als „Zuckerwatte-Planet“ bezeichnet: Er erreicht fast den Durchmesser des Jupiters (94 % des Jupiterradius), bringt jedoch nur rund ein Zehntel von dessen Masse auf die Waage. Da er seinen Mutterstern in nur 5,7 Tagen eng umkreist, weist er eine gebundene Rotation auf – eine Seite liegt in ewigem Tag, die andere in ewiger Nacht.
Getrennte Messung von Morgen- und Abendlicht bei einem „Zuckerwatte-Planeten“
Unter der Leitung von Matthew Murphy vom Steward Observatory der University of Arizona nutzte das Team die Nahinfrarotkamera NIRCam des Webb-Teleskops während eines Transits des Planeten vor seinem Stern. Dabei gelang es, das Sternenlicht getrennt zu analysieren, das durch den östlichen Rand (Abendterminator) beziehungsweise den westlichen Rand (Morgenterminator) der Atmosphäre fiel.
Die Spektraldaten belegen, dass die Abendseite von WASP-107b mit rund 870 Kelvin etwa 180 Kelvin (180 Grad Celsius) heißer ist als die Morgenseite mit rund 690 Kelvin. Auf der abgekühlten Morgenseite kondensieren hochgelegene Silikatwolken und Dunstschleier, die das Infrarotlicht dämpfen, während die aufgeheizte Abendseite klarere Verhältnisse mit deutlichen Signaturen von Wasserdampf, Kohlendioxid und Schwefeldioxid zeigt.
“Zum ersten Mal können wir vom Weltraum aus die Morgen- und Abendseite der Atmosphäre eines Exoplaneten getrennt betrachten und beobachten, wie Winde, Wolken und Sternenlicht zusammenwirken.”
Wie gebundene Rotation und Äquatorwinde das außerirdische Wetter prägen
Bisherige Klimamodelle hatten derart starke Tag-Nacht-Randunterschiede vor allem bei ultraheißen Gasriesen über 1.500 Kelvin erwartet. Dass WASP-107b trotz moderaterer Temperaturen eine so ausgeprägte Asymmetrie zeigt, verdeutlicht den Einfluss starker äquatorialer Jetstreams in aufgeblähten Atmosphären mit geringer Schwerkraft.
Die Ergebnisse liefern wichtige Grundlagen für dreidimensionale Atmosphärenmodelle künftiger JWST-Beobachtungen sowie für die geplante Exoplaneten-Mission „Ariel“ der Europäischen Weltraumorganisation ESA.
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