Astronomen haben zum ersten Mal deutliche Unterschiede zwischen Morgen- und Abenddämmerungsbereichen in der Atmosphäre eines riesigen Exoplaneten außerhalb des Sonnensystems beobachtet. Bei der mit dem James-Webb-Weltraumteleskop durchgeführten Entdeckung handelt es sich um WASP-121 b, einen ultraheißen Jupiter mit extremen Temperaturen.
Der Planet ist so nah an seinem Stern, dass die Rotation mit der Umlaufbahn synchronisiert ist, wodurch eine Hemisphäre ständig dem auf etwa 2.500 °C erhitzten Stern zugewandt bleibt, während die Nachtseite etwa 1.775 °C kühler bleibt. Diese Konfiguration erzeugt markierte Übergangszonen, sogenannte Terminatoren.
Bestätigte Variationen zwischen Terminatoren
Die Beobachtungen zeigten eine Asymmetrie in der Absorption von Infrarotlicht während des Planetentransits. Der Nachmittagsterminator (Dämmerung) absorbiert mehr Licht als der Morgenterminator (Morgendämmerung), was auf unterschiedliche Temperaturen und chemische Zusammensetzungen hinweist.
Starke Winde transportieren die Wärme von der Tag- zur Nachtseite und erwärmen die Region am Nachmittag stärker. Wenn die Temperatur steigt, dehnt sich diese Zone aus, was den Querschnitt des Planeten vergrößert und die Art und Weise verändert, wie er das Licht des Sterns filtert.
Daten von James Webbs NIRSpec-Instrument zeigten auch einen Anstieg des Kohlenmonoxidsignals in der Dämmerung, ein temperaturbedingter Effekt, und eine tatsächliche Verringerung der Menge an Wasserdampf, der bei hohen Temperaturen dissoziiert.
Tag- und Nachtseite eines extremen Planeten
WASP-121 b hat durchschnittliche Temperaturen von etwa 2.770 Kelvin (fast 2.500 °C) auf der Tagseite und 1.000 Kelvin (etwa 725 °C) auf der Nachtseite. Während des Transits ermöglicht die Drehung des Planeten um etwa 30 Grad eine präzise Kartierung unterschiedlicher Längengrade der Atmosphäre.
Diese Technik nutzt die zeitliche Variation des von der Atmosphäre gefilterten Lichtsignals und wandelt die Zeit in eine Längsposition um. Die Forscher vermieden den üblichen Durchschnitt des gesamten Verkehrs und ließen zeitliche Variationen zu, um eine bessere statistische Anpassung an die Daten zu erzielen.
Grenzen aktueller Atmosphärenmodelle
Die simulierten Modelle bestätigten den Effekt der Temperaturschwankung, das beobachtete Signal war jedoch größer als vorhergesagt. Wissenschaftler vermuten das Vorhandensein von Silikatwolken im Morgenterminator, die die Infrarotstrahlung blockieren und niedrigere Temperaturen vortäuschen.
Diese Art der Beobachtung deckt Lücken in aktuellen Modellen auf, die immer noch Schwierigkeiten haben, Wolken realistisch einzubeziehen. Vorläufige Anpassungen haben die Übereinstimmung verbessert, es werden jedoch ausgefeiltere Modelle erforderlich sein.
Weg für zukünftige Studien
Die Methode ebnet den Weg für die Kartierung der Längsstruktur anderer ultraheißer Jupiter. Die Forscher haben bereits weitere Ziele mit geeignetem Temperaturbereich und Rotationsgeschwindigkeit identifiziert, um die Analyse zu wiederholen.
Die Studie wurde von Cyril Gapp, einem Doktoranden am Max-Planck-Institut für Astronomie in Deutschland, geleitet und diesen Mittwoch (06.10.) in der Zeitschrift veröffentlichtNaturastronomie.