Überschallwinde auf einem Exoplaneten nachgewiesen

Astro­nom­in­nen und Astro­no­men haben extrem star­ke Win­de ent­deckt, die den Äqua­tor von WASP-127b, einem Rie­sen-Exo­pla­ne­ten, heim­su­chen. Mit Geschwin­dig­kei­ten von bis zu 33.000 km/h bil­den die Win­de den schnells­ten Jet­stream sei­ner Art, der jemals auf einem Pla­ne­ten gemes­sen wur­de. Die Ent­de­ckung wur­de mit dem Very Lar­ge Telescope (VLT) der Euro­päi­schen Süd­stern­war­te (ESO) in Chi­le gemacht und bie­tet ein­zig­ar­ti­ge Ein­bli­cke in die Wit­te­rungs­be­din­gun­gen einer fer­nen Welt.

Tor­na­dos, Zyklo­ne und Hur­ri­ka­ne rich­ten auf der Erde ver­hee­ren­de Schä­den an, aber Wis­sen­schaft­le­rin­nen und Wis­sen­schaft­ler haben nun pla­ne­ta­re Win­de in einer völ­lig ande­ren Grö­ßen­ord­nung ent­deckt, und zwar weit außer­halb des Son­nen­sys­tems. Seit sei­ner Ent­de­ckung im Jahr 2016 unter­su­chen Astro­nom­in­nen und Astro­no­men das Wet­ter auf WASP-127b, einem Gas­rie­sen-Pla­ne­ten, der sich über 500 Licht­jah­re von der Erde ent­fernt befin­det. Der Pla­net ist etwas grö­ßer als Jupi­ter, hat aber nur einen Bruch­teil sei­ner Mas­se, wodurch er „auf­ge­bläht“ erschei­net. Ein inter­na­tio­na­les Team hat nun eine uner­war­te­te Ent­de­ckung gemacht: Auf dem Pla­ne­ten toben Überschallwinde.

„Ein Teil der Atmo­sphä­re die­ses Pla­ne­ten bewegt sich mit hoher Geschwin­dig­keit auf uns zu, wäh­rend sich ein ande­rer Teil mit der­sel­ben Geschwin­dig­keit von uns weg­be­wegt“, sagt Lisa Nort­mann, Wis­sen­schaft­le­rin an der Uni­ver­si­tät Göt­tin­gen und Haupt­au­to­rin der Stu­die. „Die­ses Signal zeigt uns, dass um den Äqua­tor des Pla­ne­ten ein hef­ti­ger Über­schall-Jet­wind weht.“

Mit 9 Kilo­me­tern pro Sekun­de (was fast 33.000 Kilo­me­tern pro Stun­de ent­spricht) bewe­gen sich die Jet­streams fast sechs­mal so schnell wie der Pla­net rotiert [1]. „Das ist etwas, das wir noch nie zuvor gese­hen haben“, sagt Nort­mann. Es han­delt sich um den stärks­ten Sturm, der jemals in einem Jet­stream gemes­sen wur­de, der rund um einen Pla­ne­ten zir­ku­liert. Im Ver­gleich dazu befand sich der schnells­te Wind, der jemals im Son­nen­sys­tem gemes­sen wur­de, auf dem Nep­tun. Er weh­te „nur“ 0,5 Kilo­me­tern pro Sekun­de (1800 Kilo­me­ter pro Stunde).

Das Team, des­sen For­schungs­er­geb­nis­se heu­te in Astro­no­my & Astro­phy­sics ver­öf­fent­licht wur­den, kar­tier­te das Wet­ter und die Zusam­men­set­zung von WASP-127b mit dem CRIRES+-Instru­ment am VLT der ESO. Durch die Mes­sung, wie sich das Licht des Mut­ter­sterns durch die obe­re Atmo­sphä­re des Pla­ne­ten aus­brei­tet, gelang es ihnen, sei­ne Zusam­men­set­zung zu ermit­teln. Ihre Ergeb­nis­se bestä­ti­gen das Vor­han­den­sein von Was­ser­dampf- und Koh­len­mon­oxid­mo­le­kü­len in der Atmo­sphä­re des Pla­ne­ten. Als sie jedoch die Geschwin­dig­keit die­ses Mate­ri­als in der Atmo­sphä­re ver­folg­ten, fan­den sie – sehr zu ihrer Über­ra­schung – zwei benach­bar­te Höchst­wer­te. Die­ses Ergeb­nis deu­tet dar­auf hin, dass sich eine Sei­te der Atmo­sphä­re mit hoher Geschwin­dig­keit auf uns zu und die ande­re von uns weg bewegt. Die For­schen­den kom­men zu dem Schluss, dass star­ke Jet­stream-Win­de um den Äqua­tor die­ses uner­war­te­te Ergeb­nis erklä­ren würden.

Bei der Erstel­lung ihrer Wet­ter­kar­te stell­te das Team außer­dem fest, dass die Pole küh­ler sind als der Rest des Pla­ne­ten. Es gibt auch einen leich­ten Tem­pe­ra­tur­un­ter­schied zwi­schen der Mor­gen- und der Abend­sei­te von WASP-127b. „Das zeigt, dass der Pla­net kom­ple­xe Wet­ter­mus­ter auf­weist, genau wie die Erde und ande­re Pla­ne­ten unse­res Son­nen­sys­tems“, fügt Fei Yan, Mit­au­tor der Stu­die und Pro­fes­sor an der Uni­ver­si­ty of Sci­ence and Tech­no­lo­gy of Chi­na, hinzu.

Die For­schung auf dem Gebiet der Exo­pla­ne­ten schrei­tet rasch vor­an. Bis vor weni­gen Jah­ren konn­ten Astro­nom­in­nen und Astro­no­men nur die Mas­se und den Radi­us von Pla­ne­ten außer­halb des Son­nen­sys­tems mes­sen. Heu­te ermög­li­chen Tele­sko­pe wie das VLT der ESO den Wis­sen­schaft­lern bereits, das Wet­ter auf die­sen fer­nen Wel­ten zu doku­men­tie­ren und ihre Atmo­sphä­ren zu ana­ly­sie­ren. „Das Ver­ständ­nis der Dyna­mik die­ser Exo­pla­ne­ten hilft uns, Mecha­nis­men wie Wär­me­trans­port und che­mi­sche Pro­zes­se zu erfor­schen, unser Ver­ständ­nis der Pla­ne­ten­ent­ste­hung zu ver­bes­sern und damit Ein­bli­cke in die Ursprün­ge unse­res eige­nen Son­nen­sys­tems zu gewin­nen“, sagt David Cont von der Lud­wig-Maxi­mi­li­ans-Uni­ver­si­tät Mün­chen, Deutsch­land, und Mit­au­tor des Artikels.

Inter­es­san­ter­wei­se kön­nen Stu­di­en wie die­se der­zeit nur von Obser­va­to­ri­en auf dem Erd­bo­den durch­ge­führt wer­den, da die Instru­men­te, die der­zeit in Welt­raum­te­le­sko­pen zum Ein­satz kom­men, nicht über die erfor­der­li­che Geschwin­dig­keits­prä­zi­si­on ver­fü­gen. Das Extre­me­ly Lar­ge Telescope der ESO, das in der Nähe des VLT in Chi­le gebaut wird, und sein ANDES-Instru­ment wer­den es For­schen­den ermög­li­chen, noch tie­fer in die Wet­ter­mus­ter auf weit ent­fern­ten Pla­ne­ten ein­zu­tau­chen. „Das bedeu­tet, dass wir wahr­schein­lich noch fei­ne­re Details der Wind­mus­ter bestim­men und die­se For­schung auf klei­ne­re Gesteins­pla­ne­ten aus­wei­ten kön­nen“, so Nort­mann abschließend

MN

Endnoten

[1] Das Team hat die Rota­ti­ons­ge­schwin­dig­keit des Pla­ne­ten zwar nicht direkt gemes­sen, geht aber davon aus, dass WASP-127b in einer gebun­de­nen Rota­ti­on um den Stern kreist. Das bedeu­tet, dass der Pla­net genau­so lan­ge braucht, um sich um sei­ne eige­ne Ach­se zu dre­hen, wie er braucht, um den Stern zu umkrei­sen. Da sie wis­sen, wie groß der Pla­net ist und wie lan­ge er für einen Umlauf um sei­nen Stern braucht, kön­nen sie dar­aus schlie­ßen, wie schnell er sich dreht.

Hintergrundinformationen

Die­se For­schungs­ar­beit wur­de in der Publi­ka­ti­on „CRIRES+ trans­mis­si­on spec­tro­sco­py of WASP-127b. Detec­tion of the resol­ved signa­tures of a super­so­nic equa­to­ri­al jet and cool poles in a hot pla­net“ vor­ge­stellt, die heu­te in Astro­no­my & Astro­phy­sics (doi: 10.1051/0004–6361/202450438) ver­öf­fent­licht wurde.

Links

• For­schungs­ar­ti­kel
• Fotos vom VLT
• Erfah­ren Sie mehr über das Extre­me­ly Lar­ge Telescope der ESO auf unse­rer eigens ein­ge­rich­te­ten Inter­net­sei­te und in unse­rer Pres­se­map­pe.
• Der dun­kels­te und klars­te Him­mel der Welt ist durch ein indus­tri­el­les Mega­pro­jekt gefährdet

Link zur ESO-Pres­se­mit­tei­lung