Die Suche nach Planeten außerhalb unseres Sonnensystems hat die Astronomie revolutioniert. Zu den faszinierendsten Systemen zählt die Entdeckung der sogenannten WASP-Exoplaneten, einer Familie von Welten, die die Wissenschaft immer wieder aufs Neue überraschen. Ihre Studien verändern unser Verständnis der Planetenentstehung, der Atmosphärenchemie und der extremen Bedingungen, die anderswo im Universum auftreten können.
In diesem Artikel geben wir Ihnen einen detaillierten Einblick in die WASP-Exoplaneten, die in den letzten Jahren Gegenstand einiger der umwerfendsten Entdeckungen waren. Sie werden sehen, wie diese von ungewöhnlichen Phänomenen heimgesuchten Gasriesen uns gezwungen haben, Theorien zu überdenken, und neue Fragen zur Vielfalt und Entwicklung der Planeten in der Galaxie aufgeworfen haben.
Was sind WASP-Exoplaneten und wie wurden sie entdeckt?
Die WASP-Exoplaneten haben ihren Namen von dem internationalen Projekt Weitwinkelsuche nach Planeten, eine Zusammenarbeit, die automatisierte Observatorien in beiden Hemisphären nutzt, um Millionen von Sternen zu überwachen. Diese Observatorien erfassen periodische Helligkeitsabfälle von Sternen, die normalerweise darauf hinweisen, dass ein Planet vor seinem Stern vorbeizieht.
Seit seinem Start hat das WASP-Projekt Tausende Kandidaten entdeckt und eine große Zahl von Exoplaneten bestätigt, von denen einige sich dadurch auszeichnen, dass sie radikal andere Eigenschaften aufweisen als die Planeten in unserem Sonnensystem. Diese Entdeckungen wurden durch Techniken wie Transitphotometrie und Radialgeschwindigkeitsmessungen von Muttersternen ermöglicht.
WASP-193b: Der Planet, der leichter ist als Zuckerwatte
Für die größte Aufregung sorgte in jüngster Zeit die Entdeckung von WASP-193bStellen Sie sich einen riesigen Planeten vor, der 50 % größer als Jupiter ist, aber eine viel kleinere Masse hat: nur ein Zehntel der Masse des Riesen unseres Sonnensystems.
Das Ergebnis? Eine für planetarische Verhältnisse absurde Dichte: nur 0,059 Gramm pro Kubikzentimeter. Um Ihnen eine Vorstellung zu geben: Das ist praktisch wie Zuckerwatte, die im Weltraum schwebt! Tatsächlich übertrifft nur Kepler-51d WASP-193b in der geringen Dichte, obwohl es viel kleiner ist.
Die Entdeckung einer solchen Merkwürdigkeit führte dazu, dass Wissenschaftler an ihren eigenen Messungen zweifelten. War es ein Fehler, ein Instrumentenfehler, oder hatten sie wirklich einen so schwammigen Planeten im Blick? Nach Wiederholung der Prozesse und Validierung der Daten mit verschiedenen Methoden und Observatorien bestätigte das Team, dass die Messungen echt waren.
Warum ist WASP-193b so selten? Die herkömmliche Planetenphysik kann nicht erklären, wie sich ein Planet so stark ausdehnen kann, ohne instabil zu werden oder sich zu zerstreuen. Man vermutet, dass er eine riesige Atmosphäre besitzt, die hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium besteht und die Atmosphäre aller bekannten Gasriesen bei weitem übertrifft.
Diese Entdeckung erfordert detailliertere Beobachtungen mit Instrumenten wie dem James-Webb-Teleskop, da die Untersuchung seiner Atmosphäre Licht auf Phänomene der Planetenentwicklung werfen kann, die wir noch nicht verstehen.
Wie man einen solch ungewöhnlichen Exoplaneten bestätigt
Um die Existenz und die Eigenschaften eines solch ungewöhnlichen Planeten zu bestätigen, war die Kombination von Beobachtungen mehrerer Teleskope und Spektrographen erforderlich. Der Prozess begann mit der Erkennung periodischer Transite durch WASP-South. Die Größe des Planeten wurde durch die Analyse der Abschwächung des Lichts des Muttersterns während jedes Transits verifiziert. Anschließend wurde seine Masse mithilfe der Radialgeschwindigkeitsspektroskopie berechnet.
Diese strenge Methodologie schloss alternative Erklärungen aus und bestätigte, dass die Helligkeitseinbrüche durch einen realen Planeten und nicht durch andere Sternphänomene verursacht wurden.
Darüber hinaus profitierte die Zusammenarbeit von chilenischen Observatorien wie TRAPPIST-South und SPECULOOS-South, um eine detaillierte Überwachung aufrechtzuerhalten, die für die Validierung solcher extremen Exoplaneten von entscheidender Bedeutung ist.
Die Atmosphäre und Zusammensetzung von WASP-193b
Das Mysterium um WASP-193b geht sogar über seine Dichte hinaus. Die Atmosphäre ist riesig und besteht hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium. Sie wirft enorme Fragen darüber auf, wie sie stabil bleiben kann und welcher Mechanismus sie so stark aufgebläht hat.
Aktuelle Modelle der Planetenentstehung können ein solches Objekt nicht beschreiben. Selbst wenn man das Fehlen eines Planetenkerns annehmen würde, wäre die resultierende Dichte immer noch unerklärlich niedrig. Wissenschaftler weisen darauf hin, dass noch viel mehr Einzelheiten über die Atmosphäre nötig seien, um ihre Geschichte und Entwicklung zu entschlüsseln.
Darüber hinaus betonen die Forscher, dass die Existenz von WASP-193b die Grenzen dessen, was wir als Riesenplaneten verstehen, in Frage stellt und die Möglichkeit eröffnet, dass es in unserer Galaxie noch viele weitere solcher seltsamen Welten zu entdecken gibt.
WASP-127b: beispiellose Überschallwinde und atmosphärische Dynamik
Wenn wir uns einem anderen Protagonisten des WASP-Systems zuwenden, finden wir WASP-127bEs handelt sich um einen sogenannten „heißen Jupiter“, einen Gasriesen, der in seiner Größe mit dem Jupiter vergleichbar ist, aber weniger Masse hat und in einer viel näheren Umlaufbahn um seinen Stern kreist, was die Temperaturen auf über 1.000 °C treibt.
Dieser Exoplanet hat die Astronomen aufgrund seiner beispiellosen atmosphärischen Bedingungen in Erstaunen versetzt. Während sich ein Teil seiner Atmosphäre der Erde nähert, entfernt sich der Rest mit beispielloser Geschwindigkeit von ihr und erzeugt so einen Überschall-Jetstream am Äquator, der sich mit etwa 33.000 Kilometern pro Stunde dreht.
Um Ihnen eine Vorstellung von der Größenordnung zu geben: Die schnellsten Winde auf dem Saturn erreichen kaum 1.800 km/h, und auf der Erde hält der Zyklon Olivia im Jahr 1996 mit 408 km/h den Rekord.
Spektroskopische Analysen bestätigten das Vorhandensein von Wasserdampf und Kohlenmonoxid in der Atmosphäre, die für die Entschlüsselung der Chemie und des Ursprungs dieses Planeten von wesentlicher Bedeutung sind. Die Entdeckung wurde durch Instrumente wie CRIRES+ am VLT ermöglicht, wodurch diese Phänomene trotz des hellen Glanzes des Muttersterns beobachtet werden konnten.
Eine einzigartige Gelegenheit, die Dynamik von Exoplaneten zu untersuchen
WASP-127b stellt ein natürliches Labor zur Untersuchung der extremsten Seite planetarer Atmosphären dar. Die Kartierung von Überschallwinden sowie Temperatur- und Zusammensetzungsschwankungen in unterschiedlichen Breitengraden und atmosphärischen Tiefen hat neue Forschungsansätze eröffnet.
Sogar die subtilsten Details, wie etwa schwächere Signale von den Polen – die auf kältere Regionen im Vergleich zum Äquator hinweisen – wurden identifiziert, was auf Planeten, die mehr als 500 Lichtjahre von der Erde entfernt sind, bis vor kurzem noch undenkbar war.
Dieser Fortschritt in der Präzision hilft uns dabei, besser zu verstehen, wie Wärme, Elemente und chemische Verbindungen auf Gasriesen zirkulieren, unsere Modelle zu testen und unser Verständnis unseres eigenen Sonnensystems zu bereichern.
WASP-121b: Klimatologie jenseits der Science-Fiction
Technologische Fortschritte wie das Very Large Telescope (VLT) der ESO haben es möglich gemacht, die Atmosphäre von WASP-121b in drei Dimensionen und enthüllt Wettermuster, die aussehen, als wären sie einem Science-Fiction-Roman entsprungen.
Dieser auch als Tylos bekannte Planet umkreist den Stern in einer Entfernung von nur 900 Lichtjahren und gilt aufgrund seiner Nähe zu ihm als „ultraheißer Jupiter“. Ein Jahr auf WASP-121b dauert nur 30 Erdenstunden und weist einen enormen Temperaturunterschied zwischen der dem Stern zugewandten Hemisphäre und der Nachthemisphäre auf.
Die Kartierung der Atmosphäre hat komplexe Jetstreams und Strömungen offenbart, die sich in verschiedene Schichten aufteilen und Material von der warmen zur kalten Seite transportieren. Elemente wie Eisen, Titan, Natrium und Wasserstoff offenbaren die komplexe Struktur und Dynamik der Atmosphäre.
Überraschenderweise wurden einige Elemente, wie beispielsweise Titan, nur in tiefen Schichten unterhalb des Jetstreams nachgewiesen, was auf eine noch reichhaltigere Atmosphärenchemie hindeutet als erwartet. Dies unterstreicht das Potenzial für zukünftige Forschung mit noch leistungsfähigeren Teleskopen wie dem Extrem großes Teleskop (ELT) welches sich im Aufbau befindet.
WASP-39b: Der molekulare und chemische Katalog des James-Webb-Teleskops
Das James Webb-Weltraumteleskop (JWST) hat eine neue Grenze in der Erforschung von Exoplaneten eröffnet, und WASP-39b war einer der ersten, der davon profitierte. Dieser Planet, der so groß wie Saturn ist, aber eine viel nähere Umlaufbahn um seinen Stern hat, wurde in beispielloser Detailgenauigkeit abgebildet.
Das JWST hat eine Vielzahl von Molekülen und Elementen in seiner Atmosphäre identifiziert, darunter Wasser, Schwefeldioxid, Kohlenmonoxid, Natrium, Kalium und fragmentierte WolkenZum ersten Mal wurde Schwefeldioxid als Ergebnis chemischer Reaktionen nachgewiesen, die durch Sternenlicht ausgelöst wurden. Dies ist ein direktes Zeichen für aktive Photochemie, die auf der Erde mit der Bildung von Ozon in Verbindung gebracht wird.
Die umfassende Liste der chemischen Bestandteile ermöglicht es Wissenschaftlern, Details zur Entstehung und Evolutionsgeschichte von WASP-39b abzuleiten. Eine präzise Analyse der Häufigkeit verschiedener Elemente stützt die Hypothese, dass sich der Planet weit entfernt von seinem Stern gebildet hat und in seiner Jugend sauerstoffreiche Materialien eingefangen hat.
Diese Erkenntnisse demonstrieren die Leistungsfähigkeit des JWST bei der Erforschung der atmosphärischen Vielfalt von Exoplaneten und markieren den Beginn einer neuen Ära in der Erforschung kleinerer, felsiger Welten in naher Zukunft.
Andere faszinierende Fälle: Exoplaneten mit Schweif und entweichender Atmosphäre
Als ob das nicht genug wäre, umfasst die WASP-Familie noch extravagantere Phänomene, wie zum Beispiel den Fall von WASP-69bDieser Planet ist nicht nur ein Gasriese ähnlich dem Jupiter, sondern er verliert auch seine Atmosphäre in Form eines Wasserstoff- und Heliumschweif bis zu 563.000 km lang, angetrieben von extremen Sternwinden und intensiver Strahlung seines Sterns.
WASP-69b ist eines der deutlichsten Beispiele dafür, wie Sternumgebungen Planeten beeinflussen und Phänomene wie die Photoverdampfung und verliert Masse mit einer Geschwindigkeit von Hunderttausenden Tonnen pro Sekunde.
Durch detaillierte Untersuchungen ihrer Schweife können diese Exoplaneten auch als Indikatoren für die Aktivität und Sternwinde ihrer Muttersterne verwendet werden, was wertvolle Instrumente zum Verständnis sowohl der Planeten als auch der Sterne selbst darstellt.
