Unser eigenes Sonnensystem beherbergt neben den zahllosen Zwergplaneten und Asteroiden drei Planetentypen: Merkur, Venus Erde und Mars, die vier innersten Welten, gelten als terrestrische Gesteinsplaneten mit kaum vorhandenen (Merkur) bis äußerst dichten Atmosphären (Venus). Jenseits des Asteroidengürtels kreisen die beiden Gasriesen Jupiter und Saturn, die praktisch nur aus Atmosphäre bestehen und keine feste Oberfläche im engeren Sinn besitzen. Erst in jüngerer Zeit haben Astronomen für die beiden äußersten planetaren Körper Uranus und Neptun eine eigene Klasse eingeführt: die Eisriesen, die im Unterschied zu Jupiter und Saturn nur zu 20 Prozent aus Wasserstoff und Helium bestehen. Den Rest bilden Wasser, Ammoniak und Methan.
Ferne Exoten
In den 25 Jahren, die seit der ersten bestätigten Entdeckung eines Exoplaneten vergangen sind, mussten Astrophysiker feststellen, dass dort draußen in den Weiten des Alls noch eine ganze Menge andere fremdartige Planeten vorkommen, neben denen unsere acht geradezu schlicht erscheinen. Bekannt sind etwa die sogenannten Supererden. Dies sind Planeten mit bis zu 14-fachen Erdmassen, also größenmäßig in einer Art Übergangskategorie zwischen terrestrischen Planeten und Eisriesen angesiedelt.
Deutlich fremdartiger kommen da schon die "Super-Puffs" daher. Diese "luftigen" Exoten besitzen eine verhältnismäßig geringe Masse, aber einen Durchmesser, der jenen des Neptun oft weit übertrifft. Drei typische Vertreter dieser Klasse kreisen um den Stern Kepler-51. Sie haben etwa Jupitergröße und eine Durchschnittsdichte von nur 0,03 Gramm pro Kubikzentimeter – das entspricht der Dichte von Styropor.
Weil man sie mithilfe der Transitmethode (bei der die Verdunkelung des Sterns durch den vor ihm vorbeiziehenden Planeten gemessen wird) besonders gut nachweisen kann, zählen die sogenannten "Heißen Jupiter" zu den häufigsten bekannten Exoplaneten. Diese Himmelskörper verfügen bisweilen über mehrfache Jupitermasse und eine Oberflächentemperatur von über 600 Grad Celsius. Da sie ihren Mutterstern in nur sehr geringem Abstand umkreisen, ist ihre Rotation mit der Umlaufdauer synchronisiert. Mit anderen Worten: Sie zeigen ihrem Stern stets dieselbe Seite, dort herrscht ewiges Tageslicht, auf der abgewandten Hemisphäre hingegen Dauernacht.
Ultraheiße Planeten
Eine Unterkategorie dieser Planetenklasse sind die "Ultraheißen Jupiter", und die Bedingungen auf diesen Welten kann man als in jeder Hinsicht höllisch bezeichnen. Nun haben Astronomen mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternware Eso (Atacamawüste, Nordchile) einen solchen Exoplaneten der Superlative in 640 Lichtjahren Entfernung im Sternbild Fische genauer untersucht. Auch WASP-76b, so der Name des Planeten, verfügt über eine gebundene Rotation, was dieser Welt auf der Tagesseite kuschelige 2400 Grad Celsius beschert – manche Sterne haben kühlere Oberflächen.
Derart hohe Temperaturen haben sehr merkwürdige Phänomene zur Folge, wie das Team von der Universität Genf schildert: "Man könnte gleichsam sagen, dass es auf diesem Planeten abends Eisen regnet", sagt David Ehrenreich, Hauptautor der im Fachjournal "Nature" präsentierten Studie. Die Atmosphäre auf der dem Stern zugewandten Seite von WASP-76b wird so heiß, dass dort Moleküle in ihre Atome zerfallen und Metalle wie Eisen verdampfen. Der extreme Temperaturunterschied zwischen Tag- und Nachtseite führt auch zu starken Winden, die den Eisendampf mit sich fort reißen.
Verdampft und kondensiert
Beobachtungen der Wissenschafter mit dem neuen ESPRESSO-Instrument am VLT, einem hochempfindlichen Spektrographen, zeigten aber auch, dass WASP-76b nicht nur verschiedene Tag-Nacht-Temperaturen aufweist, sondern auch eine unterschiedliche Tag-Nacht-Chemie: Sie entdeckten zwar eine starke Signatur von Eisendampf an der Abendgrenze, die die Tagesseite des Planeten von der Nachtseite trennt.
"Überraschenderweise sehen wir den Eisendampf an der gegenüber liegenden Morgengrenze jedoch nicht", sagt Ehrenreich. Daraus schließen die Wissenschafter, dass zumindest ein Teil des Eisendampfes von der extrem heißen zur rund 1000 Grad kühleren Hemisphäre transportiert wird. Dort kondensiert das Eisen zu Tröpfchen und regnet schließlich in tiefere Atmosphärenschichten ab. (Thomas Bergmayr, 12.3.2020)