Astronomie: James-Webb-Teleskop – auf WASP-17 b schneien Quarz-Partikel

Das James-Webb-Teleskop hat einen Planeten beobachtet, auf dem es winzige Quarz-Teilchen in der Atmosphäre gibt. Forscher sind begeistert.

Der Planet WASP-17 b ist ein Phänomen. Nicht nur, dass er im Vergleich zu anderen Sternensystemen vermutlich als einziger Planet seine Sonne in entgegengesetzter Richtung umkreist. Jetzt haben Astronomen mithilfe des James-Webb-Teleskops auch noch herausgefunden, dass Stürme mit Tausenden Kilometern pro Stunde winzig kleine und spitze, glasartige Quarzkristalle durch die Atmosphäre des Gasriesen blasen.

Die Forscher sind deshalb begeistert: "Aus Beobachtungen mit dem Hubble-Teleskop wussten wir, dass es in der Atmosphäre von WASP-17 b Aerosole – winzige Partikel, die Wolken oder Dunst bilden – geben musste", sagt David Grant, Forscher an der University of Bristol in Großbritannien. Aber man habe nicht erwartet, dass die Aerosole aus Quarz bestehen würden.

Winzige Millionstel Millimeter große Nanopartikel

Was ist daran so besonders? Quarz kommt schließlich überall im Universum vor. Gesteinsplaneten wie die Erde bestehen zu großen Teilen aus diesem Mineral, das auch als natürliches Silicat bezeichnet wird. Allerdings handelt es sich dann meist um komplexe chemische Verbindungen wie Magnesiumsilicate.

"Wir haben voll und ganz damit gerechnet, dass es sich um Magnesiumsilicate handelt", sagt Mitentdeckerin Hannah Wakeford von der University of Bristol. Aber was das James-Webb-Teleskop stattdessen gefunden habe, seien vermutlich dessen Bausteine – winzige Millionstel Millimeter große Nanopartikel, aus denen komplexe Verbindungen entstehen, die man normalerweise bei kühleren Exoplaneten und Braunen Zwergen (Mischung aus Planeten und Sternen) erwartet.

Das Ergebnis verleihe dem Verständnis der Entstehung und Entwicklung von Wolken auf Exoplaneten eine neue Komponente, heißt es weiter. Denn während solche Quarzpartikel auf Gesteinsplaneten wie der Erde durch Winde von der Oberfläche abgetragen und in Wolken gefunden werden, entstünden die Quarzkristalle bei einem Gasriesen wie WASP-17 b in der Atmosphäre selbst.

Quarzkristalle entstehen in der Atmosphäre selbst

Wie geht das? Die Vermutung der Forscher: Weil der Planet mit 1.500 Grad Oberflächentemperatur extrem heiß sei und der Druck dort nur etwa ein Tausendstel unserer Erdoberfläche betrage, könnten die Quarzkristalle in der Atmosphäre von WASP-17 b selbst entstehen. Nur so könnten sich "feste Kristalle direkt aus Gas bilden, ohne zuerst eine flüssige Phase zu durchlaufen", sagt Grant.

Er vermutet, dass sich die Wolken mit den Quarzpartikeln entlang des Tag-Nacht-Übergangs auf dem Planeten gebildet haben könnten. WASP-17 b besitzt eine gebundene Rotation, wodurch – wie unser Mond der Erde – seinem Stern immer die gleiche Seite zugewandt ist. Die großen Temperaturunterschiede der beiden Seiten erklärten auch die starken Winde dort, heißt es.

WASP-17 b ist etwa 1.300 Lichtjahre von der Erde entfernt. Dort umkreist er alle 3,7 Tage in einer Entfernung von nur 7,8 Millionen Kilometern seinen Stern. Zum Vergleich: Die Entfernung der Erde zur Sonne beträgt etwa 149 Millionen Kilometer.

WASP-17 b ist ein riesiger aufgeblähter Gasplanet

Durch die aufgrund der geringen Entfernung zur Sonne enorme Hitze auf dem Planeten hat sich WASP-17 b auf einen Durchmesser von etwa 285.000 Kilometern aufgebläht. Das entspricht etwa knapp dem doppelten Durchmesser von Jupiter, bei einer viel geringeren Gesamtmasse von etwa der Hälfte des Gasriesen in unserem Sonnensystem.

Das James-Webb-Teleskop hat das WASP-17-Sonnensystem fast zehn Stunden lang beobachtet und dabei mehr als 1.275 Helligkeitsmessungen gemacht, als WASP-17 b seinen Stern passierte.

Durch die Messung der Längenbereiche des Lichts konnten die Forscher die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre des Planeten untersuchen. Bei früheren Beobachtungen konnten Astronomen Wasserdampf auf der Oberfläche nachweisen.