Auf diesem Exoplaneten regnet es Edelsteine

Erstmals konnten Forschende detaillierte Untersuchungen der Nachtseite eines Exoplaneten machen. Das offenbart die unwirklich erscheinenden Bedingungen, die auf WASP-121 b herrschen.

Heißer Jupiter

Der Exoplanet WASP-121 b ist 855 Lichtjahre entfernt. Er gehört zur Kategorie „Heißer Jupiter“. Heiße Jupiter sind Riesengasplaneten, die dem Jupiter unseres Sternensystems ähneln.

Heiß sind sie, weil sie eine enge Umlaufbahn um ihre Sterne haben. Dadurch wird die Oberfläche bis zu Tausende Grad Celsius heiß. Von knapp 5.000 bekannten Exoplaneten wurden über 300 als Heiße Jupiter eingestuft.

WASP-121 b wurde 2015 entdeckt. Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Thomas Mikal-Evans vom Max-Planck-Institut für Astronomie hat mit dem Hubble-Teleskop den Exoplaneten untersucht.

Ein Tag und ein Jahr dauern 30 Stunden

Er hat 20 Prozent mehr Masse als unser Jupiter und einen fast doppelt so großen Durchmesser. Wie alle Heiße Jupiter, hat auch WASP-121 b eine Tag- und Nachtseite. Das liegt an der engen Umlaufbahn um seinen Stern. Eine Umrundung dauert 30 Stunden. So lange braucht der Exoplanet auch, um sich um ein die eigene Achse zu drehen.

Dadurch ist immer dieselbe Seite dem Stern zugewandt und eine abgewandt. Das ist so, also ob auf der Erde ein Tag und ein Jahr gleich lange dauern würden.

Deshalb ist die Nachtseite von Heißen Jupiter nur schwer zu untersuchen. Bei WASP-121 b ist das erstmals gelungen. Mit dem Hubble-Weltraumteleskop wurden die Spektren von 2 kompletten Planetenumläufen aufgenommen. Danach wurden die Daten von beiden Seiten kombiniert. So konnte erstmals ein umfassendes Bild der oberen Atmosphäre und des Wasserkreislaufes eines Exoplaneten beobachtet werden.

So heiß, dass das Wasser zu glühen beginnt

Auf der Tagseite von WASP-121 b wird die Oberfläche bis zu 3.000 Grad Celsius heiß. Das Wasser beginnt zu glühen, viele Moleküle zerfallen in ihre atomaren Bestandteile.

Auf der Nachtseite sind es 1.500 Grad Celsius. Durch den gewaltigen Temperaturunterschied entstehen starke Winde, die von Westen nach Osten den gesamten Planeten umwehen. Diese bringen die aufgebrochenen Wassermoleküle von der Tag- zur Nachtseite.

Dort können sie sich, wegen der niedrigeren Temperaturen, wieder zu Wasserdampf verbinden. Der wird von den Winden wieder zur Tagseite geweht, wo der Kreislauf von vorne startet. Wasserwolken und Regen können sich nicht bilden, weil die Temperaturen viel zu hoch sind – auf beiden Seiten.

Edelsteinregen aus Metallwolken

Dennoch gibt es Wolken auf WASP-121 b. Diese bestehen aus Metallen wie Eisen, Magnesium, Chrom und Vanadium. Aus früheren Beobachtungen der Tagseite war bekannt, dass diese Elemente als Gase existieren. Aufgrund der Informationen zur Nachtseite weißt man jetzt, dass die Winde die Gase zur Nachtseite wehen. Dort ist es kühl genug, dass sie zu Wolken kondensieren. Wenn diese Wolken zur Tagseite geweht werden, ist es dort wieder so heiß, dass die Metalle zu Gasen verdampfen.

Aufgrund der bisherige Erkenntnisse müssten eigentlich auch Aluminium und Titan in der oberen Atmosphäre von WASP-121 b vorhanden sein. Ihr Fehlen lässt die Forschenden glauben, dass sie in tiefere Schichten der Atmosphäre „geregnet“ sind, die bisher nicht beobachtet werden konnten.

Auf der Nachtseite könnte Aluminium mit Sauerstoff kondensieren, der durch die große Hitze auf der Tagseite aus dem Wasserdampf entstanden ist. Diese Verbindung heißt Korund. Wird sie mit anderen Elementen verunreinigt, wie Chrom, Eisen, Titan oder Vanadium, entstehen Rubine und Saphire.

Diese würden in flüssiger Form als Niederschlag auf der Nachtseite niedergehen. Auf WASP-121 b regnet es also flüssige Edelsteine.

Weitere Beobachtungen mit James-Webb

Derzeit ist das eine auf den gesammelten Daten basierende Berechnung. Weitere Indizien für den Edelstein-Regen könnte es durch zukünftige Beobachtungen geben.

Es ist geplant, dass das James-Webb-Teleskop WASP-121 b untersuchen wird. Weil dieses mehr Wellenlängen wahrnehmen kann, als das Hubble-Teleskop, könnte so die Menge an Kohlenstoff in der Atmosphäre des Exoplaneten gemessen werden.

Das soll weitere Details zur Entstehung von WASP-121 b liefern. Die Forschenden hoffen, dass die Messungen auch genau genug sind, um die Windgeschwindigkeiten auf dem Exoplaneten zu bestimmen.