WASP-18 B
Die Atmosphäre eines Exoplaneten in 3D
Redaktion / Pressemitteilung des Instituts für Weltraumforschung der OeAW
astronews.com
4. November 2025

Mithilfe von Beobachtungen des Weltraumteleskops James Webb konnte erstmals eine dreidimensionale Temperaturkarte eines Exoplaneten erstellt werden. Dadurch wurden in der Atmosphäre des ultraheißen Jupiter WASP-18 b unterschiedliche Temperaturzonen entdeckt - in einer davon ist es so heiß, dass hier Wasserdampf zersetzt wird.

Künstlerische Darstellung des Exoplaneten WASP-18 b. Bild: NASA / GSFC  [Großansicht]

WASP-18 b, etwa 400 Lichtjahre von der Erde entfernt, ist ein Gasriese ähnlich wie Jupiter. "Er ist jedoch eine extreme Welt, anders als jeder Planet in unserem Sonnensystem", sagt Patricio Cubillos vom Institut für Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften  in Graz. "WASP-18b umkreist seinen Stern so nah, dass er eine Umlaufbahn in weniger als einem Tag vollendet. Die intensive Strahlung des Sterns erhitzt seine Atmosphäre auf Temperaturen von rund 3000 °C." WASP-18 b lieferte ein relativ starkes Signal und war damit ein guter Kandidat für das Testen der neuen Kartierungstechnik.

Die jetzt vorgestelle Studie basiert auf einer Technik namens 3D-Eklipsen-Kartierung oder spektroskopische Eklipsen-Kartierung und baut auf dem 2D-Modell aus dem Jahr 2023 auf, das das Potenzial der Eklipsen-Kartierung für hochsensible Beobachtungen mit dem James Webb Space Telescope (JWST) demonstrierte. Die Entdeckung von Exoplaneten ist an sich schon schwierig – sie strahlen in der Regel weniger als ein Prozent der Helligkeit ihres Muttersterns ab. Bei Planeten mit der passenden Ausrichtung ihrer Umlaufbahn können Astronomen deren Emission messen, indem sie den Helligkeitsabfall beobachten, der auftritt, wenn der Planet hinter seinem Mutterstern vorbeizieht, was auch als Okkultation oder Eklipse bezeichnet wird.

Die 3D Eklipsen-Kartierung-Technik geht noch einen Schritt weiter: Sie misst winzige Bruchteile dieser Gesamtstrahlung und ordnet sie bestimmten Regionen des Planeten zu, wenn diese verschwinden und wieder hinter seinem Stern auftauchen. Die Absorption durch Wasserdampf in der Atmosphäre des Planeten sorgt für die dritte Dimension. Das beobachtete Licht wird dann in verschiedene Wellenlängen oder Farben aufgespalten: Bei Wellenlängen, die von Wasser am stärksten absorbiert werden, können die oberen Schichten der Atmosphäre – die Stratosphäre – untersucht werden, während Wellenlängen, die von Wasser weniger absorbiert werden, das Licht in tiefere Schichten durchlassen. Durch die Zusammenführung dieser Messungen können Forschende eine dreidimensionale Karte der Planetenatmosphäre erstellen: in Breite, Länge und Höhe.

Die neue Karte bestätigte spektroskopisch unterschiedliche Regionen – die sich in ihrer Temperatur und möglicherweise auch in ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden – auf der sichtbaren "Tagseite" von WASP-18 b. Der Planet weist einen kreisförmigen "Hotspot" auf, den das Sternlicht am direktesten trifft und wo die Winde offenbar nicht stark genug sind, um die Wärme umzuverteilen. Um den Hotspot herum befindet sich ein kälterer "Ring", näher an den äußeren sichtbaren Rändern des Planeten.

"In der Hotspot-Region haben wir festgestellt, dass die Temperatur mit der Höhe zunimmt, was auf eine heiße Stratosphäre hindeutet", sagt Cubillos. "In der Ringregion haben wir jedoch eine völlig andere thermische Struktur vorgefunden. Hier kühlt die Temperatur mit der Höhe ab und ist um 1000 °C kälter als im Hotspot." Die Messungen zeigten auch einen niedrigeren Wasserdampfgehalt im Hotspot als in den restlichen Regionen von WASP-18 b. "Wir glauben, dass dies ein Beweis dafür ist, dass der Planet in dieser Region so heiß ist, dass er beginnt, das Wasser aufzuspalten", erläutert Ryan Challener vom Institut für Astronomie an der Cornell University. "Das war in der Theorie vorhergesagt worden, aber es ist wirklich aufregend, dies nun anhand realer Beobachtungen zu sehen."

"Für uns ist WASP-18 b schon ein alter Bekannter", betont IWF-Direktorin Christiane Helling. Durch zusätzliche JWST-Beobachtungen von WASP-18 b können andere chemische Verbindungen als Wasser erkannt und die räumliche Auflösung der ersten 3D-Eklipsenkarte noch verbessert werden. "Mit diesem Teleskop und dieser neuen Technik können wir Exoplaneten auf die gleiche Weise untersuchen wie unsere Nachbarn im Sonnensystem", ergänzt Cubillos, "und Details wie den Großen Roten Fleck und die Wolkenbänder des Jupiters beobachten." Unter den mehr als 6.000 bisher bestätigten Exoplaneten gibt es Hunderte von anderen heißen Jupitern, die mit dieser Technik kartiert werden können. "Wir sind dabei, Exoplaneten in 3D als Population zu verstehen, was sehr spannend ist", schließt Challener.

Seit seiner Entdeckung im Jahr 2009 ist die Astronomie von WASP-18 b fasziniert, weil es in unserem Sonnensystem nichts Vergleichbares gibt. Ein Jahr für WASP-18 b, eine Umlaufbahn um seinen Stern (etwas größer als unsere Sonne), dauert nur 23 Stunden. Neben erdgebundenen Observatorien haben auch die Weltraumteleskope Hubble, Chandra, TESS und Spitzer den ultraheißen Gasriesen beobachtet. Seit auch das James-Webb-Weltraumteleskop einen Blick auf ihn wirft, entdecken die Forschenden immer wieder Neues.

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