Seltsame Winde verraten Magnetfelder auf Exoplaneten

Wer schon einmal mit dem Fahrrad gegen starken Gegenwind gefahren ist, kennt das Gefühl: Die Beine arbeiten härter, doch das Tempo steigt kaum. Man sieht diese Kraft nicht, ihre Wirkung aber schon.

Ähnlich verhält es sich auf einigen fernen Planeten. Dort rasen Winde mit mehreren Tausend Kilometern pro Stunde durch die Atmosphäre. Eigentlich müssten die heißesten Welten auch die schnellsten Stürme besitzen. Doch das Gegenteil passiert: Je stärker die Planeten aufgeheizt sind, desto langsamer werden ihre Winde.

Seltsame Winde verraten ein verborgenes Magnetfeld

Beobachtungen der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile und eines Teleskops auf Hawaii liefern nun den bislang deutlichsten Hinweis darauf, dass starke Magnetfelder diese Winde abbremsen. Verraten haben sie sich nicht durch Lichtblitze oder Polarlichter, sondern durch Luftströmungen, die sich anders verhalten als erwartet.

Auf sieben Gasriesen beobachteten Astronomen diese gewaltigen Strömungen. Die Planeten ähneln Jupiter, kreisen aber viel näher um ihre Sterne. Eine Seite liegt ständig im grellen Sternenlicht, die andere dauerhaft in der Nacht. Zwischen beiden Hälften entstehen extreme Temperaturunterschiede. Die Atmosphäre gerät dadurch massiv in Bewegung.

Heiße Welten erzeugen extreme Stürme

Die gemessenen Windgeschwindigkeiten reichen von rund 7200 bis mehr als 25.000 Kilometern pro Stunde. Zum Vergleich: Die stärksten Winde auf Jupiter erreichen etwa 1500 Kilometer pro Stunde. Auf den untersuchten Exoplaneten rasen die Luftmassen also um ein Vielfaches schneller.

Auf den ersten Blick klingt das logisch. Wo enorme Hitze auf große Temperaturunterschiede trifft, entsteht auch viel Energie für starke Stürme. Doch bei genauerem Hinsehen tauchte ein Muster auf, das nicht ins Bild passte: Je heißer ein Planet war, desto langsamer bewegten sich seine Winde.

Eine unsichtbare Bremse wirkt überraschend stark

Das ist ungefähr so, als würde ein Auto mit immer stärkerem Motor auf einer freien Autobahn plötzlich langsamer werden. Irgendetwas muss bremsen.

„Das widerspricht völlig der Intuition, denn unter sonst gleichen Bedingungen verfügen heiße Planeten über mehr Energie, um die Winde zu beschleunigen! Etwas muss den Wind bei heißeren Objekten bremsen“, sagt Vivien Parmentier vom französischen Laboratoire Lagrange.

Die plausibelste Erklärung führt zu einer Kraft, die auf der Erde ebenfalls allgegenwärtig ist. Geladene Teilchen reagieren auf Magnetfelder. Bewegen sich solche Teilchen durch eine Atmosphäre, können Magnetfelder ihre Bewegung abbremsen und umlenken. Dieses Verhalten scheint auf den beobachteten Planeten stattzufinden.

Wie Astronomen Magnetfelder an Stürmen erkennen

Das Besondere daran: Niemand hat diese Magnetfelder direkt gesehen. Stattdessen lassen sie sich aus ihren Auswirkungen ableiten.

Ähnlich wie Meteorologen die Windrichtung nutzen, um Wetterlagen zu verstehen, nutzen Astronomen die Windgeschwindigkeiten, um Rückschlüsse auf verborgene Eigenschaften eines Planeten zu ziehen. In diesem Fall deutet vieles darauf hin, dass die Atmosphären von starken Magnetfeldern durchzogen sind.

Aus den Messungen ließ sich sogar abschätzen, wie stark diese Magnetfelder sein könnten. Einige erreichen etwa die vierfache Stärke des Magnetfelds von Saturn. Andere liegen ungefähr bei der Hälfte des Magnetfelds von Jupiter. Damit bewegen sie sich in einer Größenordnung, die Astronomen aus unserem Sonnensystem kennen.

Magnetfelder können über das Schicksal einer Welt entscheiden

Auf der Erde erfüllt das Magnetfeld eine wichtige Schutzfunktion. Es lenkt einen Teil der geladenen Teilchen ab, die ständig von der Sonne ins All geschleudert werden. Ohne diesen Schutz würde die Atmosphäre deutlich stärker angegriffen.

Deshalb interessieren sich Astronomen besonders für Magnetfelder. Sie könnten darüber mitentscheiden, ob ein Planet seine Atmosphäre über Milliarden Jahre behält oder nach und nach verliert.

„Zum ersten Mal können wir die Magnetfelder anderer Welten miteinander vergleichen – ein entscheidender Schritt, um letztendlich zu verstehen, welche Planeten lebensfähig bleiben, ihr Wasser behalten und vielleicht sogar eines Tages Leben, wie wir es kennen, beherbergen können“, sagt Hauptautorin Julia Seidel vom Observatoire de la Côte d’Azur.

Die jetzt untersuchten Planeten selbst kommen dafür kaum infrage. Ihre Temperaturen sind extrem. Dennoch liefern sie wertvolle Hinweise darauf, wie Magnetfelder auf anderen Welten entstehen und wirken.

Dort könnten gewaltige Polarlichter tanzen

Magnetfelder beeinflussen nicht nur Winde. Sie können auch spektakuläre Polarlichter erzeugen. Auf der Erde entstehen sie, wenn geladene Teilchen entlang der Magnetfeldlinien zu den Polen gelenkt werden und dort mit Gasen in der Atmosphäre kollidieren. Das Ergebnis sind grüne, rote oder violette Lichtschleier am Nachthimmel.

Auf den beobachteten Exoplaneten könnten diese Leuchterscheinungen noch deutlich beeindruckender ausfallen. Die Planeten kreisen sehr nah um ihre Sterne und sind einem besonders intensiven Strom geladener Teilchen ausgesetzt.

„Ich stelle mir gerne vor, dass der Himmel einiger dieser Welten nicht nur mit Sternen, sondern auch mit riesigen Vorhängen aus buntem Licht gefüllt ist, die über einen Planeten tanzen, der zur Hälfte in ewigem Tag und zur Hälfte in endloser Nacht liegt“, sagt Bibiana Prinoth von der Europäischen Südsternwarte (ESO).

Das größte Auge der Welt soll noch mehr verraten

Die Beobachtungen stammen vom Very Large Telescope der ESO in der chilenischen Atacama-Wüste sowie vom Gemini-North-Teleskop auf Hawaii. Die Ergebnisse erschienen in der Fachzeitschrift Nature Astronomy.

Nun richten sich viele Hoffnungen auf das Extremely Large Telescope, das derzeit in Chile entsteht. Es soll deutlich empfindlicher sein als heutige Instrumente und künftig auch kleinere Welten genauer untersuchen können.

Vielleicht verraten dann nicht mehr nur seltsame Winde die verborgenen Eigenschaften fremder Planeten. Vielleicht werden Astronomen eines Tages sogar direkt beobachten können, wie Polarlichter über ferne Welten ziehen, die viele Lichtjahre von der Erde entfernt ihre Bahnen ziehen.

Kurz zusammengefasst:

Auf sieben heißen Exoplaneten rasen Winde mit bis zu 25.000 Kilometern pro Stunde – doch ausgerechnet auf den heißesten Welten werden sie langsamer.
Die plausibelste Erklärung: Starke Magnetfelder bremsen geladene Teilchen in der Atmosphäre und verraten sich so indirekt über die seltsamen Winde.
Solche Magnetfelder sind wichtig, weil sie Atmosphären schützen können – und damit auch darüber mitentscheiden, ob ein Planet Wasser behalten kann.

Übrigens: Magnetfelder könnten fernen Planeten helfen, ihre Atmosphäre zu halten – doch bei der Suche nach Leben zählt auch eine zweite Frage: Wo gibt es wirklich Wasser? Eine ETH-Studie dämpft die Hoffnung auf große Ozeane unter dichten Gashüllen und lenkt den Blick auf kleinere Gesteinsplaneten – mehr dazu in unserem Artikel.