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Planetenjäger könnte das Geheimnis von Wolken auf heißen
Gasriesen lüften
Redaktion
/ Pressemitteilung des Instituts für Weltraumforschung der ÖAW
astronews.com
28. April 2026
Im kommenden Jahr soll die ESA-Mission PLATO starten und vom
zweiten Lagrangepunkt aus vor allem nach erdähnlichen Planeten suchen. Eine
jetzt vorgestellte Studie zeigt, dass sich PLATO auch zur Untersuchung der
Atmosphären von heißen Gasplaneten einsetzen lassen sollte. PLATO könnte dabei
entsprechende Beobachtungen von James Webb ergänzen.
Mit der Mission PLATO soll nach erdähnlichen
Planeten gefahndet werden.
Bild: ESA / ATG Europe [Großansicht] |
Wolken auf Planeten sind universell und doch ganz unterschiedlich. Auf der
Erde gibt es weiße Wasserwolken. Der Gasriese Jupiter in unserem Sonnensystem
besitzt vielfarbige Ammoniak-Wolken. Extrasolare Gasriesen mit Temperaturen von
mehr als 600 Kelvin besitzen Wolken, die aus Silikaten und Quarz bestehen. Diese
theoretische Vorhersage des Wolkenmodells des IWF Graz wurde bereits mehrfach
mit dem James-Webb-Weltraumteleskop bestätigt, z. B. bei WASP-39b. "Die
Windgeschwindigkeiten mancher Exoplaneten werden auf der Erde nur von Düsenjets
erreicht", erläutert Ludmila Carone vom Grazer Institut für Weltraumforschung
(IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. In einer jetzt
veröffentlichten neuen Studie schlagen Carone und ihr Team vor, mit PLATO - der
nächsten großen Wissenschaftsmission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA)
- die Wolken aus einem ganz neuen Blickwinkel zu betrachten. Dabei wollen sie
sich das extreme Klima dieser exotischen Welten zunutze machen.
"Das IWF-Klimamodell ExoRad sagt voraus, dass die Temperatur auf diesen
Exoplaneten durch einen extrem schellen äquatorialen Windjet von mehr als 3600
km/h geformt wird", erläutert Carone. "Solche Geschwindigkeiten werden auf der
Erde nur von Düsenjets erreicht." Diese extremen Winde beeinflussen natürlich
auch die Wolkenverteilung. Die Forscherinnen und Forscher vermuten, dass die
Wolken auf der Morgenseite dicker als auf der Abendseite sein sollten, weil die
Temperaturen dort durch die Winde von der Nachtseite abgekühlt werden. Die
Abendseite wird dagegen durch Winde von der Tagseite erwärmt. Gerade PLATO sei
besonders gut geeignet, um diese Wolken-Unterschiede während des Transits zu
messen, d. h, wenn der Planet von uns aus gesehen vor seinem Stern vorbeizieht.
Genauer gesagt sollte es Unterschiede zwischen dem Beginn und dem Ende des
Transits geben, wobei im ersten Fall der Planet mit dem Morgen-Terminator den
Stern bedeckt und im zweiten Fall mit dem Abend-Terminator. Eine solche
"Transit-Asymmetrie" sollte über die unterschiedliche Dicke der Wolken und sogar
die Größe der Wolkenteilchen Aufschluss geben. Für die neue Studie wurden 60
virtuelle Planetenzwillinge erschaffen, um diesen Effekt und seine Messbarkeit
mit verschiedenen Missionen, vor allem PLATO, systematisch zu studieren.
Tatsächlich wird schon seit 2015 für sechs Planeten vermutet, dass sich dort
Wolken vornehmlich auf der Morgenseite bilden. Mit der Kepler-Mission wurden
Asymmetrien im reflektierten Sternenlicht ausgemacht. Dieser Reflexionseffekt
ist aber sehr klein und die meisten Kepler-Planeten sind zu weit weg für weitere
Untersuchungen, die nähere Aufschlüsse über die Wolken geben könnten. PLATO
hingegen konzentriert sich auf Planeten in unserer kosmischen Nachbarschaft. Das
Teleskop wird in den ersten zwei Jahren mindestens 27 heiße Gasriesen
ultra-genau vermessen und dabei nicht nur die Wolkenreflexion, sondern auch die
relativ neue Messtechnik der Transit-Asymmetrie anwenden.
Die neue Studie sagt voraus, dass PLATO mit seinem Fokus auf Messungen im
optischen Bereich besonders geeignet ist, um besonders kleine Wolkenteilchen in
der oberen Atmosphäre zu vermessen, die im infraroten Bereich - und damit für
das große James-Webb-Weltraumteleskop - weitestgehend unsichtbar sind. Das
heißt, PLATO liefert mit präzisen Asymmetrie-Messungen Einsichten, die mit
anderen Großteleskopen, wie zum Beispiel auch Hubble, nicht möglich sind.
Die Vermessung besonders kleiner Wolkenteilchen in heißen Gasriesen wird
dabei helfen, eine fundamentale Frage zu beantworten: Wie können solche Wolken
auf solchen exotischen heißen Welten überhaupt entstehen? Denn jede Wolke
braucht zunächst feste Teilchen als Kondensationskeime. Ohne solche Keime ist es
thermodynamisch unmöglich, solche dichten Wolken zu bilden. Auf der Erde ist es
vor allem Staub, der als Kondensationskeim dient.
Heiße Jupiter haben aber im Gegensatz zur Erde keine festen Oberflächen. Die
dicke Gasschicht auf solchen Planeten wird sogar immer heißer, je tiefer es
geht. Die einzige Chance für die Bildung von Wolkenkeimen besteht daher in
luftigen Höhen, in der oberen Atmosphäre - also genau dort, wo PLATO Wolken
während eines Transits vermessen wird. Wie sich aus Gasen dennoch feste
Kondensationskeime bilden können, ist ein sehr aktiver Forschungszweig, der am
IWF in Graz seit Jahren intensiv betrieben wird. Hier haben die IWF-Forschenden
unter anderem Titanium- und Aluminium-Oxid-Cluster unter Verdacht, als
Keimzellen von Wolken zu fungieren. Auf jeden Fall werden hier die
PLATO-Ergebnisse besonders erhellend sein.
IWF-Direktorin Christiane Helling und ihr Team aus der
IWF-Forschungsgruppe "Exoplaneten: Wetter und Klima" haben dabei besonders
großes Interesse an sogenannten ultra-heißen Jupitern mit mehr als 2000 Kelvin
heißen Tagseiten-Temperaturen. Hier besagen die Vorhersagen, dass sich beim
Übergang von der Nacht zur Tagseite noch Wolken bilden können. Für die
Abendseite dagegen sagen die Modelle vorher, dass weitestgehend wolkenfreie
Bereiche vorherherrschen sollten. Solche extremen Unterschiede zwischen einer
wolkigen Morgenseite und einer wolken-freien Abendseite sollten besonders große
Transit-Asymmetrien hervorrufen.
Eines, so die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, würde die Studie auf
jeden jeden Fall zeigen: Die PLATO-Mission, die eigentlich als Jäger für
terrestrische Planeten konzipiert ist, kann auch zur Erforschung extraheißer
Gasriesen viel beitragen und dabei Untersuchungen mit dem
James-Webb-Weltraumteleskop ergänzen.
Über die Ergebnisse ihrer Studie berichtet das Team in einem Fachartikel,
der in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics erschienen ist.
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