Die Stratosphäre eines heißen Exoplaneten

Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Eine künstlerische Darstellung des heißen Jupiters WASP-121b mit seinem Stern. Astronomen haben bei diesem Objekt die ersten eindeutigen Hinweise auf eine heiße Stratosphäre entdeckt, die bis zu höllischen 2.400° Celsius aufgeheizt ist. NASA / ESA / G. Bacon, STScI

Die Stratosphäre einer planetaren Atmosphäre ist die Schicht, in der die Temperaturen mit der Höhe ansteigen, im Gegensatz zur Troposphäre (nahe dem Boden), in der die Temperatur mit der Höhe fällt. Auf der Erde beginnt die Stratosphäre in Abhängigkeit vom Breitengrad bei 9 bis 18 Kilometer; sie endet in einer Höhe von ungefähr 49 Kilometer. Die Temperaturinversion der irdischen Stratosphäre wird überwiegend von Ozon verursacht, das in diesen höheren Schichten vorkommt und Sonnenlicht absorbiert und so die Schicht aufheizt. Folglich hält die Stratosphäre eines Planeten Informationen über ihre chemische Zusammensetzung bereit und Astronomen, die die Atmosphären von Exoplaneten untersuchen, haben sich gefragt, ob irgendein Exoplanet Anzeichen für eine Stratosphäre zeigt. Die Moleküle in dieser warmen Gasschicht sollten ganz bestimmte Spektrallinien hervorrufen, die von der Erde aus erkannt werden könnten.

CfA-Astronomin Mercedes Lopez-Morales war Co-Projektleiterin in einem großen Team internationaler Exoplanetenjäger, die auf dem Exoplaneten WASP-121b eine Stratosphäre fanden, die erste unzweifelhafte Entdeckung dieser Art. Der Exoplanet selbst, 2015 entdeckt, ist ein sogenannter heißer Jupiter und umkreist seinen Stern in 1.27 Tagen. Die Masse von WASP-121b ist geringfügig größer wie die von Jupiter und er umkreist seinen Stern in solcher Nähe, daß die Atmosphäre auf etwa 2.200° Celsius aufgeheizt sein sollte (daher der Name „heißer Jupiter“).

Die Astronomen verwendeten das Hubble-Weltraum-Teleskop und die IRAC-Kamera an Bord des Spitzer-Weltraum-Teleskops, um den Planeten während seiner sekundären Verfinsterung zu untersuchen: während er hinter dem Stern verschwindet, kann seine beleuchtete, erdzugewandte Seite gesehen werden. Das reflektierte Licht der Atmosphäre ermöglicht es Forschern, schwache Emissionslinien der vorhandenen Moleküle zu erkennen, wozu in diesem Fall Wassermoleküle bei einer Temperatur von etwa 2.400° Celsius als auch einige andere Spezies, über die aber noch Unklarheit herrscht, gehören. Das heiße Gas ist mit dem Vorkommen einer Stratosphäre auf dem Planeten vereinbar. Wasser wurde zuvor schon während eines normalen Transits entdeckt, aber dieses neue Ergebnis belegt, daß Wasser in der Stratosphäre vorkommt. Aus den Modellen konnte man noch genauere Informationen über die Atmosphäre ableiten, zum Beispiel, daß die Moleküle in dieser Schicht etwa 20 Prozent der vom Stern kommenden Strahlung absorbieren und mit dazu beitragen, daß die Stratosphäre heißer als die restliche Atmosphäre ist.

Literatur:

“An Ultrahot Gas-Giant Exoplanet with a Stratosphere”

Thomas M. Evans, David K. Sing, Tiffany Kataria, Jayesh Goyal, Nikolay Nikolov, Hannah R. Wakeford, Drake Deming, Mark S. Marley, David S. Amundsen, Gilda E. Ballester, Joanna K. Barstow, Lotfi Ben-Jaffel, Vincent Bourrier, Lars A. Buchhave, Ofer Cohen, David Ehrenreich, Antonio García Muñoz, Gregory W. Henry, Heather Knutson, Panayotis Lavvas, Alain Lecavelier des Etangs, Nikole K. Lewis, Mercedes López-Morales, Avi M. Mandell, Jorge Sanz-Forcada, Pascal Tremblin, and Roxana Lupu

Nature Volume:

548, Pages:

58–61 Date published:

(03 August 2017)