Originalveröffentlichung am 30.04.2024 zu finden unter: https://webbtelescope.org/news/news-releases
Zusammenfassung: WASP-43 b ist auf der Nachtseite bewölkt und auf der Tagseite klar, und die Äquatorialwinde heulen mit 8.000 Kilometern pro Stunde um den Planeten
Manchmal ist es genauso spannend und nützlich, etwas nicht zu finden, wie es zu finden. Nehmen wir zum Beispiel den heißen Jupiter WASP-43 b. Diese gebunden rotierende Welt hat eine glühend heiße, andauernde Tagseite und eine etwas kühlere Nachtseite. Astronomen, die mit Webb die Temperatur kartieren und die Atmosphäre um den Planeten analysieren, erwarteten, auf der Nachtseite Methan, ein häufiges Kohlenstoffmolekül, zu entdecken. Doch davon ist eindeutig nichts zu sehen. Und warum? Das Ergebnis legen nahe, daß Überschallwinde aus heißem Gas von der Tagseite her wehen, die Atmosphäre gehörig durcheinander wirbeln und die chemischen Reaktionen verhindern, die sonst Methan auf der Nacht-seite erzeugen würden.
Einem internationalen Forscherteam ist es gelungen, mit dem James-Webb-Weltraumteleskop der NASA das Wetter auf dem heißen Gasriesen-Exoplaneten WASP-43 b zu kartieren.
Präzise Helligkeitsmessungen über ein breites Spektrum des mittleren Infrarotlichts, kombiniert mit 3D-Klimamodellen und früheren Beobachtungen anderer Teleskope, deuten auf das Vorhandensein von dicken, hohen Wolken auf der Nachtseite, klarem Himmel auf der Tagseite und äquatorialen Winden von mehr als 8.000 Kilometern pro Stunde hin, welche die atmo-sphärische Gase um den Planeten herum vermischen.
Die Untersuchung ist nur die jüngste Demonstration der Exoplanetenforschung, die dank der außergewöhnlichen Fähigkeit von Webb, Temperaturschwankungen zu messen und atmosphärische Gase in Billionen von Kilometern Entfernung aufzu-spüren, möglich ist.
Gebunden rotierender „Heißer Jupiter“
WASP-43 b ist ein Exoplanet vom Typ „heißer Jupiter“: Er hat eine ähnliche Größe wie Jupiter, besteht hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium und ist viel heißer als alle Riesenplaneten in unserem eigenen Sonnensystem. Auch wenn sein Stern kleiner und kühler als die Sonne ist, umkreist WASP-43 b in einer Entfernung von nur 2,1 Millionen Kilometern seinen Stern – weniger als 1/25 der Entfernung zwischen Merkur und Sonne.
Aufgrund der engen Umlaufbahn rotiert der Planet gebunden, d. h. eine Seite ist ständig beleuchtet, die andere liegt in ständiger Dunkelheit. Obwohl die Nachtseite nie direkte Strahlung vom Stern erhält, transportieren starke Ostwinde die Wärme von der Tagseite heran.
Seit seiner Entdeckung im Jahr 2011 wurde WASP-43 b mit zahlreichen Teleskopen beobachtet, darunter NASA’s Hubble- und das inzwischen stillgelegte Spitzer-Teleskop.
„Mit Hubble konnten wir deutlich sehen, daß es auf der Tagseite Wasserdampf gibt. Sowohl Hubble als auch Spitzer deute-ten darauf hin, daß es auf der Nachtseite Wolken geben könnte”, erklärte Taylor Bell, Forscher am Bay Area Environmental Research Institute und Hauptautor einer heute in Nature Astronomy veröffentlichten Studie. „Aber wir benötigten präzi-sere Messungen von Webb, um die Temperatur, die Wolkenbedeckung, die Winde und die detailliertere atmosphärische Zusammensetzung rund um den Planeten zu kartieren.“
Kartierung der Temperatur und Rückschlüsse auf das Wetter
Obwohl WASP-43 b für ein Teleskop zu klein, zu lichtschwach und zu nahe an seinem Stern ist, um ihn direkt zu sehen, eignet er sich aufgrund seiner kurzen Umlaufzeit von nur 19,5 Stunden ideal für die Phasenkurvenspektroskopie, eine Technik, bei der winzige Helligkeitsänderungen des Stern-Planeten-Systems gemessen werden, während der Planet den Stern umkreist.
Da die Menge des von einem Objekt im mittleren Infrarotbereich abgegebenen Lichts weitgehend davon abhängt, wie heiß es ist, können die von Webb erfaßten Helligkeitsdaten zur Berechnung der Temperatur des Planeten verwendet werden.
Das Team nutzte das MIRI (Mid-Infrared Instrument) von Webb, um mehr als 24 Stunden lang alle 10 Sekunden das Licht des WASP-43-Systems zu messen. „Durch die Beobachtung über einen ganzen Umlauf hinweg konnten wir die Temperatur der verschiedenen Seiten des Planeten berechnen, während sie ins Blickfeld rückten“, erklärt Bell. „Daraus konnten wir eine grobe Karte der Temperatur auf dem Planeten erstellen.“
Die Messungen zeigen, dass die Tagseite eine durchschnittliche Temperatur von fast 1.250 Grad Celsius aufweist – heiß genug, um Eisen zu schmieden. Die Nachtseite hingegen ist mit 600 Grad Celsius deutlich kühler. Die Daten helfen auch dabei, den heißesten Punkt auf dem Planeten (den „Hotspot“) zu lokalisieren, der von dem Punkt, der die meiste stellare Strahlung empfängt, leicht nach Osten verschoben ist, wo der Stern am höchsten am Himmel des Planeten steht. Diese Verschiebung ist auf die Überschallwinde zurückzuführen, die die erwärmte Luft nach Osten bewegen.
„Die Tatsache, daß wir die Temperatur auf diese Weise abbilden können, ist ein echter Beweis für Webb’s Empfindlichkeit und Stabilität“, sagte Michael Roman, ein Mitautor von der University of Leicester in Großbritannien.
Um die Karte zu deuten, verwendete das Team komplexe 3D-Atmosphärenmodelle, wie sie auch zum Verständnis von Wetter und Klima auf der Erde verwendet werden. Die Analyse zeigt, daß die Nachtseite wahrscheinlich von einer dicken, hohen Wolkenschicht bedeckt ist, die einen Teil des Infrarotlichts daran hindert, ins All zu entweichen. Infolgedessen sieht die Nachtseite – obwohl sie sehr heiß ist – dunkler und kühler aus, als wenn keine Wolken vorhanden wären.
Fehlendes Methan und starke Winde
Das breite Spektrum des von Webb erfaßten Lichts im mittleren Infrarotbereich ermöglichte es auch, die Menge an Wasser-dampf (H2O) und Methan (CH4) rund um den Planeten zu messen. „Webb hat uns die Möglichkeit gegeben, genau herauszufinden, welche Moleküle wir sehen, und deren Häufigkeit einzugrenzen“, sagte Joanna Barstow, eine Mitautorin von der Open University in Großbritannien.
Die Spektren zeigen deutliche Anzeichen von Wasserdampf sowohl auf der Nacht- als auch auf der Tagseite des Planeten und liefern zusätzliche Informationen darüber, wie dick die Wolken sind und wie hoch sie in der Atmosphäre reichen.
Überraschenderweise zeigen die Daten ebenfalls einen deutlichen Mangel an Methan in der Atmosphäre. Obwohl es auf der Tagseite zu heiß für Methan ist (der meiste Kohlenstoff sollte in Form von Kohlenmonoxid vorhanden sein), sollte Methan auf der kühleren Nachtseite stabil und nach-weisbar sein.
„Die Tatsache, daß wir kein Methan sehen, sagt uns, daß WASP-43 b Windgeschwindigkeiten von etwa 8.000 Kilometern pro Stunde haben muß“, erklärt Barstow. „Wenn die Winde das Gas schnell genug von der Tagseite zur Nachtseite und wieder zurück bewegen, bleibt nicht genug Zeit für die erwarteten chemischen Reaktionen, um auf der Nachtseite nachweisbare Mengen an Methan zu produzieren.“
Das Team geht davon aus, daß als Folge dieser windgetriebenen Durchmischung die Chemie der Atmosphäre rund um den Planeten gleich ist, was bei früheren Arbeiten mit Hubble und Spitzer nicht erkennbar war.
Die MIRI-Beobachtung von WASP-43 b wurde als Teil des Webb Early Release Science-Programms durchgeführt, das den Forschern einen umfangreichen Satz robuster, frei zugänglicher Daten für die Untersuchung einer Vielzahl kosmischer Phänomene liefert.
Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Observatorium für Weltraumforschung. Webb wird Rätsel in unserem Sonnensystem lösen, einen Blick auf ferne Welten um andere Sterne werfen und die geheimnisvollen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin erforschen. Webb ist ein internationales Programm unter der Leitung der NASA und ihrer Partner ESA (Europäische Weltraumorganisation) und CSA (Kanadische Weltraumorganisa-tion).
Weitere Literatur:
Two-dimensional Eclipse Mapping of the Hot-Jupiter WASP-43b with JWST MIRI/LRS
Heißer Gasriesen-Exoplanet WASP-43 b (Künstlerischer Entwurf)
- Fast Facts
- Objekt
- Objektname(n): WASP-43 b
- Objektbeschreibung: Exoplanet vom Typ Heißer Jupiter
- Rektaszension: 10:19:37.96
- Deklination: -09:48:23.20
- Sternbild: Sextans
- Entfernung: 280 Lichtjahre (87 Parsecs)
Über das Bild: Dieser Entwurf eines Künstlers zeigt, wie der heiße Gasriese WASP-43 b aussehen könnte. WASP-43 b ist ein Planet von der Größe Jupiters, der einen etwa 280 Lichtjahre entfernten Stern im Sternbild Sextans umkreist. Der Planet umrundet ihn in einer Entfernung von etwa 2,1 Millionen Kilometern (0,014 Astronomische Einheiten) und vollendet einen Umlauf in ungefähr 19,5 Stunden. Aufgrund seiner Nähe zu seinem Stern rotiert WASP-43 b vermutlich gebunden: Seine Rotationsrate und seine Umlaufzeit sind gleich, so daß eine Seite immer dem Stern zugewandt ist.
Temperaturmessungen, die auf der Menge des vom Planeten ausgesandten Lichts im mittleren Infrarotbereich von 5 bis 12 Mikrometern basieren, zeigen, daß die Nachtseite wahrscheinlich von dicken, hohen Wolken bedeckt ist. Spektroskopische Messungen deuten auf das Vorhandensein von Wasserdampf sowohl auf der Tages- als auch auf der Nachtseite hin. Da es aber zu heiß für flüssiges Wasser ist, bestehen die Wolken wahrscheinlich aus winzigen Mineralkörnern und nicht aus Wassertröpfchen. Das überraschende Fehlen von Methan auf der Nachtseite deutet darauf hin, daß starke Ostwinde atmosphärische Gase um den Planeten herum mischen.
Diese Darstellung basiert auf neuen Daten, die vom Mid-Infrared Instrument (MIRI) von Webb gesammelt wurden, sowie auf früheren Beobachtungen anderer boden- und weltraumgestützter Teleskope, darunter Hubble und Spitzer. Webb hat noch keine Bilder des Planeten aufgenommen.
Heißer Gasriesen-Exoplanet WASP-43 b (MIRI Phasenkurve)

Wissenschaft: Taylor Bell (BAERI), Joanna Barstow (The Open University),
Michael Roman (University of Leicester)
- Fast Facts
- Objekt
- Objektname(n): WASP-43 b
- Objektbeschreibung: Exoplanet vom Typ Heißer Jupiter
- Rektaszension: 10:19:37.96
- Deklination: -09:48:23.20
- Sternbild: Sextans
- Entfernung: 280 Lichtjahre (87 Parsecs)
- Daten
- Instrument: MIRI
Über das Bild: Diese Lichtkurve zeigt die Veränderung der Helligkeit des WASP-43-Systems im Laufe der Zeit, während der Planet den Stern umkreist. Diese Art von Lichtkurve ist als Phasenkurve bekannt, da sie die gesamte Umlaufbahn oder alle Phasen des Planeten umfaßt.
Da WASP-43 b gebunden rotiert, werden während seiner Umkreisung unterschiedliche Seiten des Systems sichtbar. Das System erscheint am hellsten, wenn die heiße Tagseite dem Teleskop zugewandt ist, kurz vor und nach der sekundären Finsternis, wenn der Planet hinter dem Stern vorbeizieht. Das System wird dunkler, wenn der Planet seine Umlaufbahn fortsetzt und die Nachtseite ins Blickfeld rückt. Nach dem Transit, wenn der Planet vor dem Stern vorbeizieht und einen Teil des Sternenlichts blockiert, wird das System wieder heller, wenn die Tagseite wieder ins Blickfeld rückt.
Diese Graphik zeigt mehr als 8.000 Messungen von Licht im mittleren Infrarotbereich bei 5 bis 12 Mikrometern, die während einer einzigen 24-stündigen Beobachtung im niedrig auflösenden Spektroskopiemodus von Webb’s MIRI (Mid-Infrared Instrument) aufgenommen wurden. Durch Subtraktion der Lichtmenge, die der Stern beisteuert, können die Astronomen die Lichtmenge berechnen, die von der sichtbaren Seite des Planeten während seines Umlaufs kommt. Webb war in der Lage, Helligkeitsunterschiede von nur 0,004 % (40 Teile pro Million) zu erkennen.
Da die Menge des von einem Objekt abgegebenen Lichts im mittleren Infrarot direkt mit seiner Temperatur zusammen-hängt, konnten die Astronomen anhand dieser Messungen die durchschnittliche Temperatur der verschiedenen Seiten des Planeten berechnen.
Heißer Gasriesen-Exoplanet WASP-43 b (Temperaturkarte)

Wissenschaft: Taylor Bell (BAERI), Joanna Barstow (The Open University),
Michael Roman (University of Leicester)
- Fast Facts
- Objekt
- Objektname(n): WASP-43 b
- Objektbeschreibung: Exoplanet vom Typ Heißer Jupiter
- Rektaszension: 10:19:37.96
- Deklination: -09:48:23.20
- Sternbild: Sextans
- Entfernung: 280 Lichtjahre (87 Parsecs)
- Daten
- Instrument: MIRI
Über das Bild: Dieser Kartensatz zeigt die Temperatur der sichtbaren Seite des heißen Gasriesen-Exoplaneten WASP-43 b, während der Planet seinen Stern umkreist.
Die Temperaturen wurden auf der Grundlage von mehr als 8.000 Helligkeitsmessungen von 5- bis 12-Mikrometer-Licht im mittleren Infrarot berechnet, das von dem Stern-Planeten-System durch MIRI (Mid-Infrared Instrument) mit NASA’s James-Webb-Weltraumteleskop erfaßt wurde. Im Allgemeinen gilt: Je heißer ein Objekt ist, desto mehr Licht im mittleren Infrarot strahlt es ab.
Da WASP-43 b so nahe an seinem Stern kreist (etwa 2,1 Millionen Kilometer oder 0,014 Astronomische Einheiten), rotiert er gebunden: Eine Seite ist dem Stern zugewandt und wird ständig bestrahlt, während die andere Seite dem Stern abge-wandt ist und in ständiger Dunkelheit liegt. Daraus ergibt sich ein deutlicher Temperaturunterschied zwischen der Tages- und der Nachtseite. Die Menge an Infrarotlicht, die vom Planeten erfaßt wird, ist am größten, wenn die heiße Tagseite dem Teleskop zugewandt ist, kurz bevor und nachdem er hinter dem Stern vorbeizieht (ein Phänomen, das als Sekundär-finsternis bekannt ist). Der Planet erscheint im Infrarotlicht viel schwächer, wenn die kühlere Nachtseite dem Teleskop zugewandt ist, während er sich vor den Stern vorbeibewegt (Transit).
Der genaue Temperaturunterschied hängt jedoch auch von Faktoren wie Windgeschwindigkeit und Wolkenbedeckung ab. Ausgehend von den MIRI-Beobachtungen hat WASP-43 b eine durchschnittliche Temperatur von etwa 1.250°C auf der Tagseite und 600°C auf der Nachtseite. Dies deutet auf starke Winde hin, die Wärme von der Tagseite zur Nachtseite transportieren, sowie auf das Vorhandensein von Wolken auf der Nachtseite, die verhindern, daß Wärmeenergie ins All entweicht.
Die Temperaturkarten wurden durch sorgfältige Analyse der Temperaturveränderungen erstellt, wenn verschiedene Teile des Planeten ins Blickfeld geraten und wieder verschwinden. Die Forschung zeigt, daß der heißeste Punkt auf dem Planeten nicht der Punkt ist, der das meiste Licht vom Stern empfängt (der substellare Punkt, wo der Stern gerade oben am Himmel steht). Stattdessen ist er um etwa 7 Grad nach Osten verschoben. (Dies ist das Ergebnis der starken Äquatorialwinde, die mit Geschwindigkeiten von über 8.000 Kilometern pro Stunde wehen und die heiße Luft horizontal bewegen, bevor sie ihre Energie wieder in den Weltraum abstrahlen kann.
Heißer Gasriesen-Exoplanet WASP-43 b (Rotierende globale Temperaturkarte)
Globale Temperaturkarte des heißen Gasriesen WASP-43 b. Die Karte wurde auf der Grundlage der Helligkeit des mittleren Infrarotlichts im Bereich von 5 bis 12 Mikrometern erstellt, das vom Planeten mit MIRI (Mid-Infrared Instrument) am James-Webb-Weltraumteleskop der NASA erfaßt wurde. Im Allgemeinen gilt: Je heißer ein Objekt, desto mehr Licht im mittleren Infrarot strahlt es ab.
Auch wenn der Planet dem blendenden Licht seines Sterns viel zu nahe ist, um selbst gesehen zu werden, kann man seine Helligkeit berechnen, indem man die Helligkeit des Stern-Planeten-Systems als Ganzes mißt und dann die Licht-menge abzieht, die vom Stern kommt (gemessen, wenn sich der Planet hinter dem Stern befindet).
Webb war in der Lage, jede Seite des Planeten zu messen, indem er ihn über die gesamte 19,5-stündige Umlaufzeit beobachtete. Der Planet rotiert gebunden, was bedeutet, daß seine Rotationsrate mit seiner Umlaufzeit übereinstimmt, so daß verschiedene Seiten sichtbar werden, wenn sich der Planet um den Stern bewegt.
Die Temperaturkarte zeigt, daß die Nachtseite vermutlich von dicken, hohen Wolken bedeckt ist. Wolken verhindern, daß ein Teil der Infrarotenergie in den Weltraum entweicht, so daß die Nachtseite kühler erscheint, als sie es ohne Wolken wäre.