Es gibt viele Worte, mit denen man WASP-76b beschreiben könnte: höllisch, brennend, turbulent, chaotisch und sogar gewalttätig. Es handelt sich um einen Planeten außerhalb des Sonnensystems, der seinem Stern so nahe ist, dass er heiß genug wird, um Blei zu verdampfen. Wie Sie sich vorstellen können, war „glorreich“ bisher nicht eines dieser Wörter.
Dieser positivere Deskriptor wurde der Liste erst vor Kurzem hinzugefügt, als Astronomen Hinweise auf etwas namens „Glory“ in der Atmosphäre des ultraheißen Exoplaneten Jupiter entdeckten. Der Glory-Effekt, der in Daten der Exoplaneten-Jagdmission der Europäischen Weltraumorganisation „Characterizing Exoplanet Satellite“ (CHEOPS) angedeutet wird, ist eine regenbogenartige Anordnung konzentrischer, bunter Lichtringe, die nur unter bestimmten Bedingungen auftreten.
Dieser Effekt wird häufig auf unserem eigenen Planeten sowie in der Atmosphäre unseres gewalttätigen Nachbarn Venus beobachtet, aber dies ist das erste Mal, dass Wissenschaftler ihn außerhalb unserer kosmischen Nachbarschaft beobachten konnten; WASP-76b befindet sich 637 Lichtjahre von uns entfernt.
Wenn der Effekt oberhalb von WASP-76b auftritt, könnte er viel über diesen seltsamen und extremen Exoplaneten verraten – eine Welt, die anders ist als alles, was wir in unserem Sternbereich gesehen haben.
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„Es gibt einen Grund, warum außerhalb unseres Sonnensystems noch nie ein Glanzlicht gesehen wurde: Dafür sind ganz besondere Bedingungen erforderlich“, sagte Olivier Demangeon, Teamleiter und Astronom am portugiesischen Institut für Astrophysik und Weltraumwissenschaften, in einer Pressemitteilung. „Zuerst braucht man atmosphärische Teilchen, die nahezu perfekt kugelförmig, völlig einheitlich und stabil genug sind, um über einen langen Zeitraum beobachtet zu werden. Der Stern, der dem Planeten am nächsten ist, muss direkt auf ihn scheinen, zusammen mit dem Beobachter – hier CHEOPS – direkt darüber.“ . gute Orientierung.“
WASP-76b ist nicht nur ein Regen aus geschmolzenem Eisen
WASP-76b wurde 2013 entdeckt und befindet sich nur 30 Millionen Kilometer von seinem gelben Mutterstern entfernt, der etwa die 1,5-fache Masse und die 1,75-fache Breite der Sonne hat. Dieser Abstand beträgt nur ein Zwölftel des Abstands zwischen der Sonne und Merkur, dem unserem Stern am nächsten gelegenen Planeten.
Infolgedessen umkreist der Planet, der etwa 1,8-mal so groß wie Jupiter ist, obwohl er nur 92 % der Masse des Gasriesen hat, seinen Stern in nur 1,8 Erdentagen. Diese Nähe führt auch dazu, dass eine Seite von WASP-76b, die „Tagesseite“, gezeitengebunden ist, um ihrem Stern WASP-76 zugewandt zu sein. Die andere Seite des Planeten, die „Nachtseite“, ist ständig dem Weltraum zugewandt.
Da die Tagseite von WASP-76b von der Strahlung seines Muttersterns bombardiert wird, übersteigen die Temperaturen dort 4.350 Grad Fahrenheit (2.400 Grad Celsius). Es ist heiß genug, um Eisen zu verdampfen. Die starken, schnellen Winde auf WASP-76b transportieren diesen Eisendampf dann auf die kühlere Nachtseite des Planeten, wo er zu Tröpfchen kondensiert und als Eisenregen fällt.
Der „Hint of Glory“-Effekt auf diesem heißen Exoplaneten ist eine bemerkenswerte Leistung für CHEOPS, das im Dezember 2019 gestartet wurde. Er verdeutlicht die Fähigkeit der Mission, subtile, noch nie dagewesene Phänomene auf entfernten Welten zu entdecken.
CHEOPS beobachtete WASP-76b über einen Zeitraum von drei Jahren fast zwei Dutzend Mal, als Wissenschaftler versuchten, eine seltsame Asymmetrie des Lichts zu verstehen, die in den äußeren Gliedmaßen des Planeten zu finden ist und beobachtet wird, wenn er die Oberfläche seines Muttersterns durchquert oder „transitiert“.
Diese Beobachtungen zeigten eine Zunahme des Lichts, das von der östlichen „Endlinie“ von WASP-76b kommt, der Kluft, wo die Nachtseite des Exoplaneten in seine Tagseite übergeht. Das Team kam zu dem Schluss, dass diese abrupte Änderung der Lichtleistung durch eine starke, lokalisierte, richtungsabhängige Reflexion verursacht wird. Sie nennen es den Glory-Effekt.
„Es ist wichtig, das unglaubliche Ausmaß dessen, was wir beobachten, im Auge zu behalten“, sagte Matthew Standing, ein ESA-Forscher, der Exoplaneten untersucht, in der Erklärung. „WASP-76b liegt mehrere hundert Lichtjahre entfernt – ein extrem heißer Gasriesenplanet, auf dem es wahrscheinlich geschmolzenes Eisen regnet.“
„Trotz des Chaos scheint es, als hätten wir potenzielle Anzeichen eines Ruhms entdeckt. Es ist ein unglaublich schwaches Signal.“
Was bedeutet Ruhm für WASP-76b?
Der Glory-Effekt sieht zwar wie ein Regenbogen aus und weist ein buntes Streifenmuster auf, unterscheidet sich aber tatsächlich deutlich von einem echten Regenbogen.
Regenbögen entstehen, wenn Sonnenlicht von einem Medium einer bestimmten Dichte in ein anderes Medium einer anderen Dichte gelangt, normalerweise Luft in Wasser. Dies führt zu einer Krümmung oder „Brechung“ des Lichtwegs und verschiedene Wellenlängen werden unterschiedlich stark gebrochen. So wird das weiße Licht der Sonne in zusammenhängende Farben aufgeteilt, wodurch der bekannte, geordnete, farbenfrohe Bogen eines Regenbogens entsteht.
Andererseits entsteht der Glory-Effekt, wenn Licht durch einen engen Raum fällt. Auf der Erde könnte dieser Raum beispielsweise der Raum zwischen Wassertropfen in Wolken sein. Dies verursacht eine andere Form der Brechung, die sogenannte „Beugung“, die auftritt, wenn Licht durch ein Hindernis oder eine Öffnung fällt.
Wenn sich Lichtwellen teilen und dann zusammenkommen, wo Spitzen auf Tiefpunkte treffen, kommt es zu destruktiver Interferenz. Aber wo ein Gipfel auf einen anderen Gipfel trifft, kommt es zu konstruktiver Interferenz. Dadurch entstehen dunkle und helle Bänder bzw. konzentrische Farbringe.
Was bedeutet Ruhm für WASP-76b?
Das Vorhandensein dieses Phänomens in der extrem heißen Atmosphäre des Jupiter weist auf das Vorhandensein von Wolken hin, die aus perfekt kugelförmigen Wassertröpfchen bestehen und mindestens drei Jahre lang bestehen geblieben sind, oder auf Wolken, die sich ständig erneuern.
Wenn die Wolken bestehen bleiben, deutet dies darauf hin, dass die Temperatur der Atmosphäre von WASP-76b zwar beängstigend, aber über die Zeit stabil sein muss. Es ist eine faszinierende Erkenntnis, die auf Stabilität in einer Welt hinweist, die lange als endlos turbulent galt.
Die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass Exoplanetenexperten entfernte Welten auf ähnliche Lichtphänomene untersuchen könnten, darunter Sternenlicht, das von flüssigen Seen und Ozeanen reflektiert wird. Dies könnte für die weitere Suche der Menschheit nach Leben außerhalb des Sonnensystems von entscheidender Bedeutung sein.
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„Es bedarf weiterer Beweise, um schlüssig zu sagen, dass dieses faszinierende ‚Extralicht‘ ein seltener Glanz ist“, sagte Theresa Lüftinger, Projektwissenschaftlerin für die bevorstehende Ariel-Mission der ESA. „Folgebeobachtungen mit dem NIRSPEC-Instrument an Bord des James-Webb-Weltraumteleskops könnten genau das Richtige sein. Oder die bevorstehende Ariel-Mission der ESA könnte seine Präsenz beweisen. Vielleicht finden wir sogar noch herrlicher aufschlussreiche Farben von anderen Exoplaneten.“
Für Demangeon bestätigt diese mögliche Beobachtung sein anhaltendes Interesse an der Erforschung der höllischen Welt von Wasp-76b.
„Ich war an der ersten Entdeckung von asymmetrischem Licht dieses seltsamen Planeten beteiligt und bin seitdem sehr neugierig auf die Ursache“, schloss der ESA-Wissenschaftler. „Es hat eine Weile gedauert, bis ich an diesen Punkt gelangt bin, und manchmal habe ich mich gefragt: ‚Warum bestehst du darauf? Vielleicht wäre deine Zeit besser dran, etwas anderes zu tun.‘
„Aber als diese Funktion aus den Daten hervorging, verspürten wir ein ganz besonderes Gefühl, eine besondere Befriedigung, die nicht alle Tage kommt.“
Die Forschungsergebnisse des Teams werden in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.