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Das James-Webb-Weltraumteleskop hat ein detailliertes molekulares und chemisches Porträt des Himmels eines fernen Planeten aufgenommen und damit eine weitere Premiere für die Exoplaneten-Wissenschaftsgemeinschaft erzielt.
WASP-39b, auch bekannt als Bocaprins, umkreist einen etwa 700 Lichtjahre entfernten Stern. Es ist ein Exoplanet – ein Planet außerhalb unseres Sonnensystems – so massereich wie Saturn, aber viel näher an seinem Mutterstern, was laut NASA eine geschätzte Temperatur von 1.600 Grad Fahrenheit (871 Grad Celsius) aus seinen Gasen verursacht. Dieser „heiße Saturn“ war einer der ersten Exoplaneten, die das Webb-Teleskop untersuchte, als es seinen regulären wissenschaftlichen Betrieb aufnahm.
Die neuen Messwerte liefern eine vollständige Aufschlüsselung der Atmosphäre von Bocaprins, einschließlich Atomen, Molekülen, Wolkenformationen (die aufgebrochen zu sein scheinen und nicht wie zuvor von Wissenschaftlern erwartet als eine einzige, einheitliche Decke) und sogar Anzeichen von Photochemie, die von seinem Wirtsstern verursacht werden.
„Wir haben den Exoplaneten mit mehreren Instrumenten beobachtet, die zusammen einen breiten Bereich des Infrarotspektrums und eine Palette chemischer Fingerabdrücke liefern, die bis (diese Mission) unzugänglich waren“, sagte Natalie Batalha, Astronomin an der University of California, Santa Cruz, die in einer NASA-Veröffentlichung zu der neuen Forschung beitrug und half, sie zu koordinieren. „Daten wie diese sind ein Game Changer.“
Die neuen Daten lieferten das erste Anzeichen in der Atmosphäre eines Exoplaneten von Schwefeldioxid, einem Molekül, das durch chemische Reaktionen entsteht, die vom Wirtsstern des Planeten und seinem hochenergetischen Licht ausgelöst werden. Auf der Erde entsteht auf ähnliche Weise in einer photochemischen Reaktion aus Hitze und Sonnenlicht die schützende Ozonschicht der Atmosphäre.
Die unmittelbare Nähe von Bocaprins zu seinem Wirtsstern macht es zu einem idealen Objekt für die Untersuchung solcher Stern-Planeten-Verbindungen. Der Planet ist seinem Mutterstern achtmal näher als Merkur unserer Sonne.
„Dies ist das erste Mal, dass wir konkrete Beweise für Photochemie – chemische Reaktionen, die durch energiereiches Sternlicht ausgelöst werden – auf Exoplaneten gesehen haben“, sagte Shang-Min Tsai, ein Forscher an der Universität Oxford im Vereinigten Königreich, in einer Pressemitteilung der NASA. „Ich sehe dies als eine wirklich vielversprechende Perspektive, um unser Verständnis der Atmosphäre von Exoplaneten voranzutreiben.“
Andere Verbindungen, die in der Atmosphäre von Bocaprins nachgewiesen wurden, umfassen Natrium, Kalium und Wasserdampf, was frühere Beobachtungen bestätigt, die von anderen weltraum- und bodengestützten Teleskopen, einschließlich des Hubble-Weltraumteleskops, gemacht wurden.
Eine so vollständige Liste chemischer Inhaltsstoffe in einer Exoplanetenatmosphäre zu haben, gibt Einblick in die Entstehung dieses Planeten – und vielleicht anderer. Das vielfältige chemische Inventar von Bocaprins deutet darauf hin, dass mehrere kleinere Körper, Planetesimale genannt, sich zu einem letztendlichen Goliath eines Planeten zusammengeschlossen haben, der ähnlich groß ist wie der zweitgrößte Planet in unserem Sonnensystem.
„Dies ist nur der erste von vielen Exoplaneten, die von JWST im Detail untersucht werden. … Wir erhalten bereits sehr aufregende Ergebnisse“, sagte Nestor Espinoza, ein Astronom am Space Telescope Science Institute, gegenüber CNN. „Das ist erst der Anfang.“
Die Ergebnisse sind günstig, um auf die Fähigkeit von Webbs Instrumenten hinzuweisen, Untersuchungen auf Exoplaneten durchzuführen. Durch die Enthüllung einer detaillierten Beschreibung der Atmosphäre eines Exoplaneten hat das Teleskop die Erwartungen der Wissenschaftler übertroffen und verspricht laut NASA eine neue Phase der Erforschung der breiten Vielfalt von Exoplaneten in der Galaxie.
„Wir werden in der Lage sein, das Gesamtbild der Atmosphären von Exoplaneten zu sehen“, sagte Laura Flagg, Forscherin an der Cornell University und Mitglied des internationalen Teams, das Daten von Webb analysierte, in einer Erklärung. „Es ist unglaublich aufregend zu wissen, dass alles neu geschrieben wird. Das ist einer der besten Aspekte des Wissenschaftlerdaseins.“