Hubble untersucht extremes Wetter auf ultraheißen Jupitern

Bei der Untersuchung einer einzigartigen Klasse von ultraheißen Exoplaneten könnten die Astronomen des Hubble-Weltraumteleskops der NASA in der Stimmung sein, zum Calypso-Partysong „Hot, Hot, Hot“ zu tanzen. Das liegt daran, dass diese aufgeblähten, jupitergroßen Welten ihrem Mutterstern so gefährlich nahe sind, dass sie bei kochenden Temperaturen über 3.000 Grad Fahrenheit geröstet werden. Das ist heiß genug, um die meisten Metalle, einschließlich Titan, zu verdampfen. Sie haben die heißesten Planetenatmosphären, die je gesehen wurden.

In zwei neuen Artikeln berichten Teams von Hubble-Astronomen über bizarre Wetterbedingungen auf diesen brutzelnden Welten. Auf einem Planeten regnet es verdampftes Gestein, und auf einem anderen wird die obere Atmosphäre eher heißer als kühler, weil er durch die intensive ultraviolette (UV) Strahlung seines Sterns „sonnenverbrannt“ wird.

Diese Forschung geht über das bloße Auffinden seltsamer und skurriler Planetenatmosphären hinaus. Das Studium extremer Wetterbedingungen gibt Astronomen bessere Einblicke in die Vielfalt, Komplexität und exotische Chemie, die in weit entfernten Welten in unserer Galaxie stattfindet.

„Wir haben immer noch kein gutes Verständnis für das Wetter in verschiedenen planetarischen Umgebungen“, sagte David Sing von der Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland, Co-Autor von zwei Studien, über die berichtet wird. „Wenn Sie auf die Erde schauen, sind alle unsere Wettervorhersagen immer noch genau auf das abgestimmt, was wir messen können. Aber wenn Sie zu einem entfernten Exoplaneten gehen, haben Sie begrenzte Vorhersagekraft, weil Sie keine allgemeine Theorie darüber aufgestellt haben, wie alles in einer Atmosphäre ist passt zusammen und reagiert auf extreme Bedingungen. Obwohl Sie die grundlegende Chemie und Physik kennen, wissen Sie nicht, wie sie sich auf komplexe Weise manifestieren werden.

In einem Artikel in der Zeitschrift vom 6. April Natur, beschreiben Astronomen Hubble-Beobachtungen von WASP-178b, die sich etwa 1.300 Lichtjahre entfernt befindet. Auf der Tagesseite ist die Atmosphäre wolkenlos und mit Siliziummonoxidgas angereichert. Da eine Seite des Planeten ständig seinem Stern zugewandt ist, peitscht die heiße Atmosphäre mit Super-Hurrikan-Geschwindigkeiten von über 2.000 Meilen pro Stunde auf die Nachtseite. Auf der dunklen Seite mag das Siliziummonoxid ausreichend abkühlen, um zu Gestein zu kondensieren, das aus Wolken regnet, aber selbst in der Morgen- und Abenddämmerung ist der Planet heiß genug, um Gestein zu verdampfen. „Wir wussten, dass wir mit diesem Siliziummonoxid-Feature etwas wirklich Interessantes gesehen hatten“, sagte Josh Lothringer von der Utah Valley University in Orem, Utah.

In einem Papier, das in der Ausgabe vom 24. Januar veröffentlicht wurde Astrophysikalische Zeitschriftenbriefe, Guangwei Fu von der University of Maryland, College Park, berichtete über einen superheißen Jupiter, KELT-20b, der sich etwa 400 Lichtjahre entfernt befindet. Auf diesem Planeten erzeugt eine Explosion ultravioletten Lichts von seinem Mutterstern eine thermische Schicht in der Atmosphäre, ähnlich wie in der Stratosphäre der Erde. „Bisher wussten wir nie, wie der Wirtsstern die Atmosphäre eines Planeten direkt beeinflusst. Es gab viele Theorien, aber jetzt haben wir die ersten Beobachtungsdaten“, sagte Fu.

Zum Vergleich: Auf der Erde absorbiert Ozon in der Atmosphäre UV-Licht und erhöht die Temperaturen in einer Schicht zwischen 7 und 31 Meilen über der Erdoberfläche. Auf KELT-20b erhitzt die UV-Strahlung des Sterns Metalle in der Atmosphäre, was zu einer sehr starken thermischen Inversionsschicht führt.

Beweise kamen von Hubbles Detektion von Wasser bei Nahinfrarot-Beobachtungen und von der Detektion von Kohlenmonoxid durch das Spitzer-Weltraumteleskop der NASA. Sie strahlen durch die heiße, transparente obere Atmosphäre, die von der Inversionsschicht erzeugt wird. Diese Signatur ist einzigartig im Vergleich zu dem, was Astronomen in den Atmosphären heißer Jupiter sehen, die kühlere Sterne wie unsere Sonne umkreisen. „Das Emissionsspektrum von KELT-20b ist ganz anders als bei anderen Hot-Jupitern“, sagte Fu. „Dies ist ein überzeugender Beweis dafür, dass Planeten nicht isoliert leben, sondern von ihrem Wirtsstern beeinflusst werden.“

Obwohl superheiße Jupiter unbewohnbar sind, hilft diese Art der Forschung, den Weg zu einem besseren Verständnis der Atmosphären potenziell bewohnbarer terrestrischer Planeten zu ebnen. „Wenn wir nicht herausfinden können, was auf superheißen Jupitern passiert, wo wir zuverlässige, solide Beobachtungsdaten haben, werden wir keine Chance haben, herauszufinden, was in schwächeren Spektren passiert, wenn wir terrestrische Exoplaneten beobachten“, sagte Lothringer. „Dies ist ein Test unserer Techniken, der es uns ermöglicht, ein allgemeines Verständnis physikalischer Eigenschaften wie Wolkenbildung und atmosphärischer Struktur aufzubauen.“