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JAMES WEBB
Das Wetter auf Exoplanet WASP-43 b
Redaktion / Pressemitteilung des Instituts für Weltraumforschung der ÖAW
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6. Mai 2024

Basierend auf spektralen Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop James Webb hat ein internationales Forschungsteam nun die erste ultrapräzise Wetteranalyse der Atmosphäre des Gasriesen WASP-43 b in rund 280 Lichtjahre Entfernung vorgestellt. Die ferne Welt präsentiert sich dabei als ein Planet, dessen Wetter alles andere als freundlich erscheint.

WASP-43 b

Künstlerische Darstellung des extrasolaren Gasriesen WASP-43 b. Bild:  NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)  [Großansicht]

WASP-43 b ist ein Gasplanet, der um den jungen und aktiven Stern WASP-43 kreist. Dieses extrasolare Planetensystem ist 280 Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt. Trotz dieser enormen Distanz haben Forscherinnen und Forscher durch Beobachtungen mit dem James Webb Space Telescope (JWST) herausgefunden, welche Wind- und Temperatur-Verhältnisse in der Atmosphäre des jupitergroßen Planeten herrschen. "Die Bedingungen in der Atmosphäre konnten erstmals genau genug erfasst werden, um einen detaillierten Wetterbericht für einen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems zu erstellen. Freundlich sind die Verhältnisse dort aber leider nicht", sagt Ludmila Carone, Mitglied der Exoplaneten-Forschungsgruppe Wetter und Klima am Grazer Institut für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften.

WASP-43 b ist etwa so groß wie Jupiter, hat aber die doppelte Masse und kreist in einer sehr engen Umlaufbahn um seinen Stern, einen Roten Zwerg im Sternbild Sextant. Dadurch sind die Temperaturen seiner Atmosphäre extrem. WASP-43 b wendet seinem Zentralgestirn immer dieselbe Seite zu. "Auf der Tagseite haben wir Temperaturen von etwa 1250 Grad Celsius, auf der Nachtseite sind es verhältnismäßig milde 600 Grad. Die Winde, die durch das enorme Temperaturgefälle entstehen, können bis zu 18.000 km/h erreichen", sagt Carone. Aufgrund der engen Umlaufbahn des heißen Gasriesen konnte mit dem Infrarotspektrometer MIRI des James-Webb-Teleskops ein kompletter Orbit von WASP-43 b um seinen Stern im Wellenlängenbereich zwischen 4 und 12 Mikrometern vermessen werden.

"WASP-43 b braucht für einen vollen Umlauf um seinen Stern nur 19,5 Stunden. Unsere Kolleginnen und Kollegen von der NASA haben nun die Infrarotstrahlung sowohl von der Tag- als auch von der Nachtseite beobachtet. Daraus konnten wir die Temperaturen und die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre ableiten", sagt Carone. Die Messungen zeigen, dass auf der Nachtseite des Planeten Wolken aus Mineraliengemischen entstehen, wie wir sie als Gestein auf der Erde kennen. Das Fehlen von Methan auf der Nachtseite legt nahe, dass die vertikale Durchmischung durch Aufwinde deutlich stärker ist als ursprünglich angenommen: Wäre es ruhiger, würde durch die vergleichsweise kühleren Bedingungen Methan entstehen.

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Die IWF-Forschenden haben zwei wichtige Beiträge zur wissenschaftlichen Auswertung der JWST-Daten geleistet. "Wir haben eines von mehreren dreidimensionalen Klima- und Windmodellen beigesteuert, deren Vorhersagen mit den Messergebnissen verglichen wurden", sagt Carone. Das Atmosphärenmodell von Patricio Cubillos, Co-Autor und Mitglied der IWF-Forschungsgruppe Exoplaneten-Charakterisierung ermöglichte die Analyse des Methan- und Wassergehalts auf der Tag- und Nachtseite von WASP-43 b. "Das ist der erste Schritt in eine neue Ära der Exoplanetenforschung", so Carone. Das 3D-Klimamodell der Grazer Forschenden hat sehr gute Ergebnisse geliefert. "Es war schön, dass so viele Teams zusammengearbeitet und ihre Modelle zur Verfügung gestellt haben, um die Prognosen zu vergleichen. Kein Modell ist perfekt, aber wir sind mit unserem Ergebnis sehr zufrieden. Vor allem die Verhältnisse auf der Tagseite konnten wir am besten prognostizieren", betont Carone.

Durch weitere, noch genauere Messungen an WASP-43 b und anderen Exoplaneten werden die Klimamodelle und -Prognosen in Zukunft weiter verbessert, sowohl für die Erde als auch für andere Planeten. "Das ist der erste Schritt in eine neue Ära der Exoplanetenforschung. Sobald wir Daten von genügend Exoplaneten haben, können wir statistische Analysen machen, die uns sagen, wie selten oder häufig bestimmte klimatische Bedingungen im Universum vorkommen, zum Beispiel die auf der Erde", so Carone.

"Der Planet WASP-43 b ist am IWF kein Unbekannter. Wir konnten bereits mit früheren Arbeiten das Vorhandensein von Mineralwolken in seiner Atmosphäre vorhersagen", merkt IWF-Direktorin Christiane Helling an. "Am meisten lernen wir von Modellen, die die Beobachtungsdaten nur teilweise reproduzieren."

Über ihre Ergebnisse berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Nature Astronony erschienen ist.

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James Webb liefert Daten zum Wetter auf Exoplanet WASP-43 b. Diskutieren Sie mit anderen Lesern im astronews.com Forum.
siehe auch
Hubble: Die heiße Atmosphäre von WASP-43b - 14. Oktober 2014
Ferne Welten - unsere Berichterstattung über die Suche nach extrasolaren Planeten und außerirdischem Leben
Links im WWW
Bell, T. J. et al. (2024): Nightside clouds and disequilibrium chemistry on the hot Jupiter WASP-43b, Nat Astron, https://doi.org/10.1038/s41550-024-02230-x
Institut für Weltraumforschung der ÖAW
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