Pressemitteilung

Extreme Überschallwinde auf einem Planeten außerhalb unseres Sonnensystems gemessen

21. Januar 2025

Astronominnen und Astronomen haben extrem starke Winde entdeckt, die den Äquator von WASP-127b, einem Riesen-Exoplaneten, heimsuchen. Mit Geschwindigkeiten von bis zu 33.000 km/h bilden die Winde den schnellsten Jetstream seiner Art, der jemals auf einem Planeten gemessen wurde. Die Entdeckung wurde mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile gemacht und bietet einzigartige Einblicke in die Witterungsbedingungen einer fernen Welt.

Tornados, Zyklone und Hurrikane richten auf der Erde verheerende Schäden an, aber Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben nun planetare Winde in einer völlig anderen Größenordnung entdeckt, und zwar weit außerhalb des Sonnensystems. Seit seiner Entdeckung im Jahr 2016 untersuchen Astronominnen und Astronomen das Wetter auf WASP-127b, einem Gasriesen-Planeten, der sich über 500 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet. Der Planet ist etwas größer als Jupiter, hat aber nur einen Bruchteil seiner Masse, wodurch er „aufgebläht“ erscheinet. Ein internationales Team hat nun eine unerwartete Entdeckung gemacht: Auf dem Planeten toben Überschallwinde.

„Ein Teil der Atmosphäre dieses Planeten bewegt sich mit hoher Geschwindigkeit auf uns zu, während sich ein anderer Teil mit derselben Geschwindigkeit von uns wegbewegt“, sagt Lisa Nortmann, Wissenschaftlerin an der Universität Göttingen und Hauptautorin der Studie. „Dieses Signal zeigt uns, dass um den Äquator des Planeten ein heftiger Überschall-Jetwind weht.“

Mit 9 Kilometern pro Sekunde (was fast 33.000 Kilometern pro Stunde entspricht) bewegen sich die Jetstreams fast sechsmal so schnell wie der Planet rotiert [1]. „Das ist etwas, das wir noch nie zuvor gesehen haben“, sagt Nortmann. Es handelt sich um den stärksten Sturm, der jemals in einem Jetstream gemessen wurde, der rund um einen Planeten zirkuliert. Im Vergleich dazu befand sich der schnellste Wind, der jemals im Sonnensystem gemessen wurde, auf dem Neptun. Er wehte „nur“ 0,5 Kilometer pro Sekunde (1800 Kilometer pro Stunde).

Das Team, dessen Forschungsergebnisse heute in Astronomy & Astrophysics veröffentlicht wurden, kartierte das Wetter und die Zusammensetzung von WASP-127b mit dem CRIRES+-Instrument am VLT der ESO. Durch die Messung, wie sich das Licht des Muttersterns durch die obere Atmosphäre des Planeten ausbreitet, gelang es ihnen, seine Zusammensetzung zu ermitteln. Ihre Ergebnisse bestätigen das Vorhandensein von Wasserdampf- und Kohlenmonoxidmolekülen in der Atmosphäre des Planeten. Als sie jedoch die Geschwindigkeit dieses Materials in der Atmosphäre verfolgten, fanden sie – sehr zu ihrer Überraschung – zwei benachbarte Höchstwerte. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass sich eine Seite der Atmosphäre mit hoher Geschwindigkeit auf uns zu und die andere von uns weg bewegt. Die Forschenden kommen zu dem Schluss, dass starke Jetstream-Winde um den Äquator dieses unerwartete Ergebnis erklären würden.

Bei der Erstellung ihrer Wetterkarte stellte das Team außerdem fest, dass die Pole kühler sind als der Rest des Planeten. Es gibt auch einen leichten Temperaturunterschied zwischen der Morgen- und der Abendseite von WASP-127b. „Das zeigt, dass der Planet komplexe Wettermuster aufweist, genau wie die Erde und andere Planeten unseres Sonnensystems“, fügt Fei Yan, Mitautor der Studie und Professor an der University of Science and Technology of China, hinzu.

Die Forschung auf dem Gebiet der Exoplaneten schreitet rasch voran. Bis vor wenigen Jahren konnten Astronominnen und Astronomen nur die Masse und den Radius von Planeten außerhalb des Sonnensystems messen. Heute ermöglichen Teleskope wie das VLT der ESO den Wissenschaftlern bereits, das Wetter auf diesen fernen Welten zu dokumentieren und ihre Atmosphären zu analysieren. „Das Verständnis der Dynamik dieser Exoplaneten hilft uns, Mechanismen wie Wärmetransport und chemische Prozesse zu erforschen, unser Verständnis der Planetenentstehung zu verbessern und damit Einblicke in die Ursprünge unseres eigenen Sonnensystems zu gewinnen“, sagt David Cont von der Ludwig-Maximilians-Universität München, Deutschland, und Mitautor des Artikels.

Interessanterweise können Studien wie diese derzeit nur von Observatorien auf dem Erdboden durchgeführt werden, da die Instrumente, die derzeit in Weltraumteleskopen zum Einsatz kommen, nicht über die erforderliche Geschwindigkeitspräzision verfügen. Das Extremely Large Telescope der ESO, das in der Nähe des VLT in Chile gebaut wird, und sein ANDES-Instrument werden es Forschenden ermöglichen, noch tiefer in die Wettermuster auf weit entfernten Planeten einzutauchen. „Das bedeutet, dass wir wahrscheinlich noch feinere Details der Windmuster bestimmen und diese Forschung auf kleinere Gesteinsplaneten ausweiten können“, so Nortmann abschließend

Endnoten

[1] Das Team hat die Rotationsgeschwindigkeit des Planeten zwar nicht direkt gemessen, geht aber davon aus, dass WASP-127b in einer gebundenen Rotation um den Stern kreist. Das bedeutet, dass der Planet genauso lange braucht, um sich um seine eigene Achse zu drehen, wie er braucht, um den Stern zu umkreisen. Da sie wissen, wie groß der Planet ist und wie lange er für einen Umlauf um seinen Stern braucht, können sie daraus schließen, wie schnell er sich dreht.

Weitere Informationen

Diese Forschungsarbeit wurde in der Publikation „CRIRES+ transmission spectroscopy of WASP-127b. Detection of the resolved signatures of a supersonic equatorial jet and cool poles in a hot planet“ vorgestellt, die heute in Astronomy & Astrophysics (doi: 10.1051/0004-6361/202450438) veröffentlicht wurde.

Das Team besteht aus L. Nortmann (Institut für Astrophysik und Geophysik, Georg-August-Universität, Göttingen, Deutschland [IAG]), F. Lesjak (IAG), F. Yan (Department of Astronomy, University of Science and Technology of China, Hefei, China), D. Cont (Universitäts-Sternwarte, Fakultät für Physik, Ludwig-Maximilians-Universität München, Deutschland; Exzellenzcluster Origins, Garching, Deutschland), S. Czesla (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Deutschland [TLS]), A. Lavail (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, Université de Toulouse, Frankreich), A. D. Rains (Department of Physics and Astronomy, Uppsala University, Schweden [Uppsala University]), E. Nagel (IAG), L. Boldt-Christmas (Uppsala University), A. Hatzes (TLS), A. Reiners (IAG), N. Piskunov (Universität Uppsala), O. Kochukhov (Universität Uppsala), U. Heiter (Universität Uppsala), D. Shulyak (Instituto de Astrofísica de Andalucía, Glorieta de la Astronomía, Spanien), M. Rengel (Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen, Deutschland) und U. Seemann (Europäische Südsternwarte, Garching, Deutschland).

Die Europäische Südsternwarte (ESO) befähigt Wissenschaftler*innen weltweit, die Geheimnisse des Universums zum Nutzen aller zu entdecken. Wir entwerfen, bauen und betreiben Observatorien von Weltrang, die Astronominnen und Astronomen nutzen, um spannende Fragen zu beantworten und die Faszination der Astronomie zu wecken, und wir fördern die internationale Zusammenarbeit in der Astronomie. Die ESO wurde 1962 als zwischenstaatliche Organisation gegründet und wird heute von 16 Mitgliedstaaten (Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Finnland, Irland, Italien, den Niederlanden, Österreich, Polen, Portugal, Schweden, der Schweiz, Spanien, der Tschechischen Republik und dem Vereinigten Königreich) sowie dem Gastland Chile und Australien als strategischem Partner unterstützt. Der Hauptsitz der ESO und ihr Besucherzentrum und Planetarium, die ESO Supernova, befinden sich in der Nähe von München in Deutschland, während die chilenische Atacama-Wüste, ein wunderbarer Ort mit einzigartigen Bedingungen für die Himmelsbeobachtung, unsere Teleskope beherbergt. Die ESO betreibt drei Beobachtungsstandorte: La Silla, Paranal und Chajnantor. Am Standort Paranal betreibt die ESO das Very Large Telescope und das dazugehörige Very Large Telescope Interferometer sowie Durchmusterungsteleskope wie z. B. VISTA. Ebenfalls am Paranal wird die ESO das Cherenkov Telescope Array South betreiben, das größte und empfindlichste Gammastrahlen-Observatorium der Welt. Zusammen mit internationalen Partnern betreibt die ESO auf Chajnantor APEX und ALMA, zwei Einrichtungen zur Beobachtung des Himmels im Millimeter- und Submillimeterbereich. Auf dem Cerro Armazones in der Nähe von Paranal bauen wir „das größte Auge der Welt am Himmel“ – das Extremely Large Telescope der ESO. Von unseren Büros in Santiago, Chile, aus unterstützen wir unsere Aktivitäten im Land und arbeiten mit chilenischen Partnern und der Gesellschaft zusammen.

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

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Göttingen, Germany
Mobil: +49 1515 1195435
E-Mail: lisa.nortmann@uni-goettingen.de

David Cont
Ludwig Maximilian University of Munich
Munich, Germany
Tel: +49 89 218 09 297
E-Mail: david.cont@lmu.de

Fei Yan
University of Science and Technology of China
Hefei, China
Tel: +86 551 63601861
E-Mail: yanfei@ustc.edu.cn

Bárbara Ferreira
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