Exoplanet: Es regnet Eisen

Höllische Dusche: Auf einem rund 640 Lichtjahre entfernten Exoplaneten regnet nachts flüssiges Eisen vom Himmel, wie Beobachtungen nahelegen. Der Gasriese WASP-76b ist demnach auf seiner Tagseite so heiß, dass selbst Metalle verdampfen. Durch starke Winde gelangt dieser Eisendampf dann auf die kühlere Nachtseite, wo er flüssig wird und abregnet. Allerdings: Selbst nachts herrschen auf diesem Exoplaneten noch immer höllische 1.500 Grad.

Viele der bisher entdeckten Exoplaneten gehören zu den sogenannten heißen Jupitern. Diese Gasriesen umkreisen ihre Sterne so eng, dass sie bis auf 4.300 Grad aufgeheizt werden – das ist fast so heiß wie manche Sterne. Entsprechend ungewöhnlich ist auch die Chemie dieser Exoplaneten: Einige besitzen Wolken aus Rubinen und Saphiren, andere haben eine Blausäure-Atmosphäre oder „schneien“ UV-Schutzmoleküle.

Heiße Nacht- und noch heißere Tagseite

Jetzt haben Astronomen um David Ehrenreich von der Universität Genf einen weiteren dieser „Extremisten“ entdeckt. Es handelt sich um den rund 640 Lichtjahre entfernten heißen Gasriesen WASP-76b. Er umkreist seinen heißen Mutterstern sehr eng, für einen Umlauf benötigt er nur 1,8 Tage. Entsprechend heiß ist es auf diesem Planeten: Auf seiner Tagseite herrschen höllische 2.400 Grad. In dieser Hitze zerfallen die meisten Moleküle in ihre atomaren Bestandteile und selbst Metalle verdampfen.

Doch der WASP-76b hat eine weitere Besonderheit: Er kehrt seinem Stern immer die gleiche Seite zu – ähnlich wie der Mond der Erde. Dadurch ist es auf einer Seite des Planeten immer Tag, auf der anderen dagegen immer Nacht. Typischerweise verstärkt dies die Temperaturgegensätze zwischen beiden Seiten. Die Nachtseite von WASP-76b ist daher „nur“ 1.500 Grad heiß.

Sogar Eisen verdampft

Was dies jedoch für die chemischen Bestandteile der Planetenatmosphäre bedeutet, war bislang kaum bekannt. Deshalb haben Ehrenreich und sein Team dies nun näher unter die Lupe genommen. Sie nutzten dafür den Spektrographen des ESPRESSO-Instruments am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile. Damit erfassten sie während der Transits des Planeten vor seinem Stern das Licht, das an der Tag- und Nachtseite durch seine Atmosphäre fiel. Anhand der Absorptionslinien konnten sie rückschließen, welche Elemente und in welcher Form in der Planetenhülle vorkommen.

Das Ergebnis: „Die Beobachtungen zeigen, dass in der Atmosphäre der heißen Tagseite von WASP-76b Eisendampf im Überfluss vorhanden ist“, berichtet Koautorin Maria Osorio vom Zentrum für Astrobiologie in Madrid. Auf der Nachtseite und auch in der Nähe der Dämmerungslinie fehlt diese Eisensignatur jedoch. Diese asymmetrische Signatur deutet darauf hin, dass es chemische Unterschiede zwischen beiden Planetenseiten gibt.

Nachts regnet es flüssiges Metall

Gleichzeitig weckt dies die Frage, wohin der Eisendampf nachts verschwindet. Einen Hinweis darauf erhielten die Forscher aus subtilen Verschiebungen im Lichtspektrum des Planeten. Dabei deutet eine leichte Blauverschiebung darauf hin, dass es an der Tag-Nacht-Grenze von WASP-76b starke Winde geben muss. Diese tragen den Eisendampf von der heißen Tagseite auf die kühlere Nachtseite. Die Folge: „Ein Teil dieses Eisens wird aufgrund der Rotation des Planeten und der atmosphärischen Winde in die Nachtseite eingetragen“, erklärt Osorio.

Dort sorgen die kühleren Temperaturen dafür, dass der Eisendampf kondensiert – das Eisen wird flüssig. WASP-76b könnte daher auf seiner Nachtseite Wolken aus flüssigen Eisentröpfchen besitzen. Im Laufe der Nacht jedoch werden diese Metalltröpfchen zu schwer, um weiter in der Schwebe zu bleiben – sie regnen ab. Nachts fällt dadurch auf diesem Exoplaneten ein Regen aus flüssigem Eisen. (Nature, 2020; doi: 10.1038/s41586-020-2107-1)

Quelle: ESO