Heiter bis wolkig

Als „heiße Jupiter“ bezeichnen Astronomen große Gasplaneten auf engen Umlauf­bahnen um ihre jeweiligen Zentral­sterne. Die Vermutung liegt nahe, dass solche Planeten ähnlich wie ihr Namens­geber Jupiter in unserem Sonnen­system in dichte Wolken eingehüllt sind. Zieht ein Exoplanet von der Erde aus gesehen auf seiner Umlauf­bahn vor seinem Zentral­stern vorüber, so eröffnet dies den Forschern die Möglichkeit, Informationen über die Atmosphäre dieses Planeten zu erhalten. Beobachtungen solcher Transits haben unlängst ergeben, dass eine Reihe von heißen Jupitern im nahen Infrarot­bereich eine unerwartet geringe Absorption durch Wasserdampf zeigt. Interpretiert man diese geringe Absorption direkt als geringe Häufigkeit von Wasser in der Atmosphäre, so kollidiert der Befund direkt mit den Vorher­sagen der gängigen Modellen der Planeten­entstehung: Ein bislang unbekannter Effekt müsste dann zu einer signifikanten Verringerung des Anteils an Wasser in der proto­planetarischen Scheibe am Ort der Entstehung des jeweiligen Planeten geführt haben.

Um diesen Problem auf den Grund zu gehen, haben David Sing von der University of Exeter in Großbritannien und sein internationales Team erstmals eine systematische Untersuchung der Atmosphären von heißen Jupitern durchgeführt. Dazu haben die Forscher die Transits von zehn derartigen Exoplaneten sowohl im sichtbaren Licht mit dem Hubble, als auch im infraroten Bereich mit dem Spitzer Space Telescope beobachtet. Die Planeten überdecken bezüglich ihrer Temperaturen, ihrer Masse und ihrer Größe einen großen Bereich, liefern also einen Einblick in die Atmosphären in einem repräsentativen Teil des Parameterraums für heiße Jupiter.

Im optischen Licht erscheint ein stark bewölkter Planet größer, da die Wolken das Licht absorbieren. Infrarote Strahlung dagegen geht durch die Wolken hindurch. Ein Vergleich der im optischen und infraroten Bereich gemessenen Größe eines Planeten erlaubt es den Forschern also, auf seine Bewölkung zu schließen. Dabei zeigte sich, dass der Unterschied in der Größe des Planeten – also zugleich der Bewölkungsgrad – mit der spektralen Stärke von Wasser korreliert. Die erwartete starke Absorption durch Wasser findet sich bei Planeten mit vergleichsweise klaren Atmosphären, während schwache Absorption durch Wasser mit starker Bewölkung einhergeht.

Sing und seine Kollegen folgern daraus, dass die Stärke der Absorption eben kein Maß für die Häufigkeit von Wasser ist, sondern stark durch den Bewölkungs­grad beeinflusst wird. Es sei also unwahrscheinlich, dass es während der Entstehung von Planeten mit schwacher Wasser-Absorption durch unbekannte Prozesse zu einer Verringerung des Wasseranteils gekommen sei.

Rainer Kayser

RK