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Hinweise auf Wassereiswolken auf fernem Gasplaneten
Redaktion
/ Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie
astronews.com
23. April 2026
Mithilfe des James Webb Space Telescope wurde jetzt eine Entdeckung gemacht, die die
Grenzen vieler aktueller Modelle von Exoplanetenatmosphären aufzeigt: Sie fanden
Hinweise auf
Wassereiswolken auf einem fernen, Jupiter-ähnlichen Exoplaneten. Aktuelle
Atmosphärenmodelle von extrasolaren Planeten berücksichtigen Wolken bislang
jedoch nicht.
Künstlerische Darstellung des Planeten
Epsilon Indi Ab mit Wolken über seiner von
Ammoniak dominierten Atmosphäre.
Bild: .
C. Matthews, T. Müller (MPIA) [Großansicht] |
Die Exoplanetenforschung hat ein ehrgeiziges langfristiges Ziel: Irgendwann
in den nächsten Jahrzehnten hoffen Astronominnen und Astronomen, Spuren von
Leben auf einem Exoplaneten nachweisen zu können. In der Vergangenheit wurden
dazu zunächst nach immer mehr Exoplaneten gesucht, insbesondere mithilfe
indirekter Methoden, die Informationen über die Massen einiger Exoplaneten, die
Durchmesser anderer und in einigen Fällen Informationen sowohl über die Masse
als auch den Durchmesser lieferten. Mit der Inbetriebnahme des
James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) im Jahr 2022 begann eine neue Phase: Ab
jetzt standen für eine beträchtliche Anzahl von Planeten hochwertige,
detaillierte Informationen über ihre Atmosphären zur Verfügung, und man begann,
die Eigenschaften dieser Atmosphären detailliert zu rekonstruieren. Leben auf
einem dieser Exoplaneten wird man vermutlich mit den vorhandenen Mitteln noch
nicht sicher nachweisen können, doch gibt eine jetzt vorgestellte Studie einen
Vorgeschmack auf künftige Möglichkeiten - am Beispiel eines extrasolaren
Gasriesen.
"Das JWST ermöglicht es uns endlich, Planeten, die denen im Sonnensystem
ähneln, im Detail zu untersuchen. Wären wir Außerirdische, mehrere Lichtjahre
entfernt, und blickten in Richtung Sonne, wäre das JWST das erste Teleskop, mit
dem wir den Planeten Jupiter detailliert untersuchen könnten", erläutert
Elisabeth Matthews vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA). "Um solche Untersuchungen auch an der Erde vornehmen
zu können, bräuchten wir allerdings noch weitaus leistungsfähigere Teleskope."
Doch auch in Bezug auf jupiterähnliche Planeten gibt es aktuell ein
grundsätzliches Problem: So gut wie alle bisher mit dem JWST untersuchten
Gasriesen sind ungleich heißer als Jupiter - aus einem naheliegenden Grund: Die
gängigste Methode zur Untersuchung von Exoplanetenatmosphären setzt voraus, dass
der Planet aus der Perspektive irdischer Beobachterinnen und Beobachter direkt
vor seinem Stern vorbeizieht. Die Wahrscheinlichkeit für diese Konstellation ist
deutlich höher, wenn ein Planet näher an seinem Stern liegt. Das wiederum macht
solch einen Planeten naturgemäß vergleichsweise heiß.
Die neue Studie von Matthews und ihren Team nutzt eine andere Methode, die es
ermöglichte, ein echtes Jupiter-Analogon so genau zu untersuchen wie nie zuvor –
mit einem überraschenden Ergebnis. Das Team nutzte das Mittelinfrarot-Instrument
MIRI des JWST, um den Planeten Epsilon Indi Ab direkt abzubilden. Es handelt
sich dabei um den ersten um den Stern Epsilon Indi A im südlichen Sternbild
Indus entdeckten Planeten. "Dieser Planet hat eine deutlich größere Masse als
Jupiter – in unserer Studie kommen wir auf 7,6 Jupitermassen –, aber der
Durchmesser entspricht in etwa dem seines Verwandten im Sonnensystem", so Bhavesh Rajpoot, Doktorand am Max-Planck-Institut für Astronomie.
Epsilon Indi Ab ist etwa viermal so weit von seinem Zentralstern entfernt wie
Jupiter von der Sonne. Der Stern Epsilon Indi A selbst ist etwas weniger
massereich und weniger heiß als unsere Sonne. Dadurch ist die
Oberflächentemperatur von Epsilon Indi Ab mit etwa 200 bis 300 Kelvin (zwischen
–70 und +20 Grad Celsius) vergleichsweise niedrig. Allerdings liegt Epsilon Indi
Ab damit ein wenig oberhalb der Oberflächentemperatur von Jupiter (140 K). Der
Grund dafür ist Restwärme aus der Entstehungsphase des Planeten. In den nächsten
Milliarden von Jahren wird Epsilon Indi Ab weiter abkühlen und irgendwann dann
auch kühler sein als Jupiter.
Die Astronominnen und Astronomen nutzten den Koronografen des
MIRI-Instruments, um das Licht des Zentralsterns auszublenden. Das Sternenlicht
würde sonst das viel schwächere Licht des Planeten überstrahlen. Anschließend
fertigten sie eine Aufnahme durch ein ganz bestimmtes Filter an, nämlich bei
11,3 μm. Diese Wellenlänge liegt knapp außerhalb des Bereichs nahe 10,6 μm,
dessen Licht für Ammoniakmoleküle NH3 charakteristisch ist. Bilder bei 10,6 μm
hatten Matthews und ihr Team bereits im Jahr 2024 aufgenommen. Der Vergleich
ermöglichte es den Astronominnen und Astronomen, die Menge des vorhandenen Ammoniaks
abzuschätzen.
Beim Jupiter werden die oberen Schichten der Atmosphäre, die in Beobachtungen
sichtbar sind, von Ammoniakgas und Ammoniakwolken dominiert. Aufgrund seiner
Eigenschaften ging man davon aus, dass Epsilon Indi Ab ebenfalls riesige Mengen
an Ammoniakgas enthält, wenn auch keine Ammoniakwolken. Überraschenderweise wies
der beschriebene Aufnahmen-Vergleich nun aber auf eine geringere Menge von
Ammoniak hin als erwartet. Die beste Erklärung, die Matthews und ihr Team für
diesen Mangel fanden, war das Vorhandensein dichter, wenn auch lückenhafter
Wassereiswolken, ähnlich den hochgelegenen Zirruswolken in der Erdatmosphäre -
was die Interpretation von Beobachtungen unerwartet komplizieren würde.
In der Regel werden dazu nämlich Daten aus Beobachtungen mit den Ergebnissen
von Simulationen entsprechender Planetenatmosphären verglichen. Doch die meisten
veröffentlichten Modelle lassen Wolken komplett außen vor. Wolken mit
einzubeziehen, würde die Rechnungen nämlich deutlich komplizierter machen. Die
neuen Messungen legen nun aber nahe, dass ein vernünftiger Vergleich ohne
simulierte Wolken gar nicht möglich ist. "Diese Art von Problem ist immens spannend,
und zeugt von den immensen Fortschritten, die wir dank des JWST machen", betont
auch James Mang von der University of Texas at Austin. "Was
einst außer Reichweite unserer Beobachtungen schien, ist nun in greifbare Nähe
gerückt. Wir können die Struktur dieser Atmosphären untersuchen, einschließlich
des Vorhandenseins von Wolken. Das eröffnet eine neue Ebene der Komplexität, die
unsere Modelle erst allmählich erfassen. Und es öffnet die Tür zu einer noch
detaillierteren Charakterisierung dieser kalten, fernen Welten."
In wichtiger Hinsicht haben die
Astronominnen und Astronomen Glück: Bald dürfte sich nämlich eine Gelegenheit bieten, stark
reflektierende Wassereiswolken anhand ihres reflektierten Lichts zu beobachten:
Das Nancy-Grace-Roman-Weltraumteleskop der NASA, dessen Start für spätestens im
kommenden Jahr
geplant und bei dem auch das MPIA als Partner beteiligt ist, sollte für
genau diese Art von Beobachtung geeignet sein. Bis es soweit ist, haben Matthews
und ihr Team erst einmal weitere Beobachtungszeit mit dem JWST
beantragt, um zusätzliche Kalte-Jupiter-Analoga ins Visier zu nehmen. Und
während die Astronomie mehr über kalte Exo-Jupiter lernt, legt sie mit ihren Beobachtungstechniken den Grundstein dafür, dass zukünftige
Beobachterinnen und Beobachter – wenn alles gut geht – auf der Suche nach Leben erdähnliche
Planeten ins Visier nehmen können.
Über ihre Ergebnisse berichtet das Team in einem Fachartikel, der in den
Astrophysical Journal Letters erscheinen wird.
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