Das Weltraumteleskop Hubble hat außerhalb unseres Sonnensystems einen heißen Planeten gefunden, auf dem es “Sonnencreme schneit”. Das Problem ist: Der “Sonnencreme”-Niederschlag aus Titanoxid geht nur auf der permanenten Nachtseite des Planeten nieder. Jeder potenzielle Besucher des Exoplaneten namens Kepler-13Ab müsste etwas Sonnencreme mitnehmen, weil er sie auf der siedend heißen Tagseite, die immer dem Zentralstern zugewandt ist, nicht finden würde.
Hubble-Astronomen vermuten, dass kräftige Winde das Titanoxidgas auf die kühlere Nachtseite transportieren, wo es zu kristallinen Flocken auskondensiert, Wolken bildet und als Schnee herabfällt. Die starke Oberflächengravitation von Kepler-13Ab (etwa sechsmal größer als die von Jupiter) zieht das Titanoxid aus der oberen Atmosphäre und hält es in der unteren Atmosphäre gefangen.
Die Astronomen haben mit Hubble nicht speziell nach Titanoxid gesucht. Stattdessen beobachteten sie, dass die Atmosphäre des Riesenplaneten in größeren Höhen kühler ist, was den Erwartungen widersprach. Diese Entdeckung führte die Forscher zu der Schlussfolgerung, dass eine lichtabsorbierende, gasförmige Form von Titanoxid aus der Atmosphäre auf der Tagseite verschwunden ist. Gasförmiges Titanoxid wird auf dieser Planetenklasse, sogenannten heißen Jupitern, häufig vorgefunden.
Die Hubble-Beobachtungen repräsentieren das erste Mal, dass Astronomen diesen Niederschlagsprozess, der nach dem Prinzip einer Kühlfalle funktioniert, auf einem Exoplaneten registriert haben.
Ohne das Titanoxidgas, welches das eintreffende Sternlicht auf der Tagseite absorbiert, nimmt die Temperatur der Atmosphäre mit zunehmender Höhe ab. Normalerweise absorbiert Titanoxid in den Atmosphären von heißen Jupitern Licht und gibt es als Wärme wieder ab, was die Atmosphäre in größeren Höhen wärmer macht.
Diese Art von Beobachtungen gibt Einblicke in die Komplexität des Wetters und der atmosphärischen Zusammensetzung auf Exoplaneten und könnte eines Tages dafür genutzt werden, um erdgroße Planeten auf ihre Bewohnbarkeit hin zu analysieren.
“In vielerlei Hinsicht sind die Studien, die wir über heiße Jupiter machen, jetzt Tests dafür, wie wir atmosphärische Untersuchungen an terrestrischen, erdähnlichen Planeten vornehmen werden”, sagte der leitende Forscher Thomas Beatty von der Pennsylvania State University in University Park. “Heiße Jupiter geben uns die besten Ansichten dessen, wie das Klima auf anderen Welten ist. Die Atmosphären dieser Planeten und deren Funktionsweise zu verstehen, was im Detail noch nicht gut geklärt ist, wird uns helfen, wenn wir diese kleineren [erdähnlichen] Planeten untersuchen, die schwerer zu beobachten sind und kompliziertere Strukturen in ihren Atmosphären aufweisen.”
Beattys Team wählte Kepler-13Ab aus, weil er einer der heißesten bekannten Exoplaneten ist – die Temperatur auf seiner Tagseite beträgt fast 2.800 Grad Celsius. Frühere Beobachtungen anderer heißer Jupiter haben offenbart, dass die Temperatur in den oberen Atmosphärenschichten ansteigt. Die meisten Gasplaneten unseres Sonnensystems zeigen dieses Phänomen ebenfalls, wenngleich bei viel geringeren Temperaturen.
Kepler-13Ab liegt so nah an seinem Zentralstern, dass er eine gebundene Rotation aufweist. Eine Seite des Planeten ist immer dem Stern zugewandt, die andere liegt in permanenter Dunkelheit. In ähnlicher Weise ist der Mond an die Erde gebunden, so dass nur eine Halbkugel von der Erde aus sichtbar ist. Die Beobachtungen bestätigen eine mehrere Jahre alte Theorie, laut der diese Art von Niederschlag auf massereichen, heißen Planeten mit starker Gravitation auftreten könnte.
“Vermutlich läuft dieser Niederschlagsprozess auf den meisten der beobachteten heißen Jupitern ab, aber diese Gasriesen haben alle eine geringere Oberflächengravitation als Kepler-13Ab”, erklärte Beatty. “Der Titanoxidschnee fällt nicht weit genug in diese Atmosphären herab, und dann wird er zurück auf die heißere Tagseite geweht, wo das Titanoxid wieder verdampft und in einen gasförmigen Zustand zurückkehrt.”
Die Forscher nutzten Hubbles Wide Field Camera 3 (WFC3), um spektroskopische Beobachtungen der exoplanetaren Atmosphäre in nahinfrarotem Licht durchzuführen. Hubble machte die Beobachtungen, als die ferne Welt hinter ihrem Stern vorbeizog. Dabei können Informationen über die Temperatur der atmosphärischen Bestandteile auf der Tagseite des Exoplaneten gesammelt werden.
“Diese Beobachtungen von Kepler-13Ab verraten uns, wie Kondensate und Wolken in den Atmosphären sehr heißer Planeten dieses Typs entstehen und wie die Gravitation die Zusammensetzung einer Atmosphäre beeinflussen wird”, ergänzte Beatty. “Wenn man diese Planeten betrachtet, muss man nicht nur wissen, wie heiß sie sind, sondern auch wie ihre Gravitation aussieht.”
Das System Kepler-13 ist etwa 1.730 Lichtjahre von der Erde entfernt.
Die Ergebnisse des Teams sind im Astrophysical Journal erschienen.
(THK)
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