Washington (USA) – Mit dem Weltraumteleskop-James-Webb (JWST) haben Astronomen erstmals Kohlendioxid in der Atmosphäre eines Planeten außerhalb unseres Sonnensystems detektiert. Während es sich bei dem Planeten noch um einen heißen Gasplaneten handelt, zeigt der nun erbrachte Nachweis, dass das Webb-Teleskop Schlüsselmoleküle wie CO2 auch in den dünneren Atmosphären von fernen Felsplaneten nachweisen und damit Einblicke in die Zusammensetzung, Entstehung und Entwicklung von Planeten geben kann.
Wie die das JWST betreibenden Raumfahrtagenturen NASA, CSA und ESA, sowie die an den Beobachtungen beteiligten Forschungsinstitute vorweg und in einer kommenden Ausgabe des Fachjournals „Nature“ berichten, handelt es sich bei dem Planeten um den heißen Gasriesen „WASP-39 b“, der einen rund 700 Lichtjahre entfernten, sonnenähnlichen Stern (WASP-39) umkreist. Der Planet besitzt etwa ein Viertel der Masse des Jupiters, ist also etwa so schwer wie unser Saturn, hat aber einen 1,3-mal größeren Durchmesser als Jupiter. „Seine extreme Ausdehnung hängt teilweise mit seiner hohen Temperatur zusammen (etwa 900° Celsius oder 1170 Kelvin)“ erläutert die Pressemitteilung des an der Detektion beteiligten Max-Planck-Instituts für Astronomie. „Im Gegensatz zu den kühleren, kompakteren Gasriesen in unserem Sonnensystem umkreist WASP-39 b seinen Stern in unmittelbarer Nähe – nur etwa ein Achtel der Entfernung zwischen Sonne und Merkur – und vollendet einen Umlauf in etwas mehr als vier Erdtagen.“
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Schon zuvor hatten Beobachtungen mit anderen Teleskopen, wie den Weltraumteleskopen „Hubble“ und „Spitzer“, Wasserdampf, Natrium und Kalium in der Atmosphäre des Planeten nachweisen können. Durch die bislang unübertroffene Infrarotempfindlichkeit des Webb-Teleskops konnte nun auch das Vorkommen von Kohlendioxid auf dem Planeten bestätigt werden.
Detektiert werden konnte das Kohlendioxidgas in der Atmosphäre von „WASP-39 b“, weil der Planet während seiner Umrundung seines Sterns aus Sicht des Teleskops vor dessen „Sonnenscheibe“ in einem sogenannten Transit vorbeizieht, das Licht des Sterns durch die Planetenatmosphäre fällt und so die verschiedenen vorhandenen Gase unterschiedliche Kombinationen von Farben absorbieren. Dieses Spektrum von Wellenlängen können Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen dann analysieren, um so die Atmosphärenzusammensetzung genau zu bestimmen. Bei „WASP-39 b“ ist es die Kombination aus aufgeblähter Atmosphäre und häufigen Transits, die den Planeten zu einem idealen Ziel für die Transmissionsspektroskopie machen.
Im Spektrum der Atmosphäre „WASP-39 b“ fanden die Forschenden nun den ersten eindeutigen Nachweis von Kohlendioxid (CO2), der auf einem Planeten außerhalb des Sonnensystems, einem sogenannten Exoplaneten, entdeckt wurde.
„Die Entdeckung eines so deutlichen Signals von Kohlendioxid auf WASP-39 ist ein gutes Zeichen für die Entdeckung von Atmosphären auch auf kleineren, erdgroßen Planeten“, sagt Natalie Batalha von der University of California in Santa Cruz, USA, die das Analyseteam leitet.
Die Zusammensetzung der Atmosphäre eines Planeten zu verstehen ist wichtig, weil sie etwas über den Ursprung des Planeten und seine Entwicklung verrät. Kohlendioxidmoleküle sind empfindliche Indikatoren für die Geschichte der Planetenentstehung. Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen können ermitteln, wie viel festes und wie viel gasförmiges Material diesem Gasriesenplaneten während seiner Entstehung zugeführt wurde.
„Dieser eindeutige Nachweis von CO2 ist ein wichtiger Meilenstein für die Charakterisierung der Atmosphäre von Exoplaneten“, erklärt MPIA-Direktorin und Co-Autorin Laura Kreidberg. „CO2 ist ein wichtiger Indikator für die Entstehungsgeschichte von Planeten: Es hilft uns, das komplette Kohlenstoff- und Sauerstoffinventar der Atmosphäre zu messen, das sehr empfindlich auf die Bedingungen in der Scheibe reagiert, in der der Planet entstanden ist.“
Mit Hilfe der CO2-Messung können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zum Beispiel den ursprünglichen Entstehungsort des Planeten, die Eigenschaften der eingebrachten Feststoffe und Gase sowie die spätere Wanderung des Planeten besser eingrenzen.
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