Über dem Rosa Planeten hängen plötzlich Wolken aus Salz

57 Lichtjahre von der Erde entfernt zieht eine rosafarbene Welt ihre Bahnen. Für Menschen wäre sie glühend heiß, für Astronomen gehört sie zu den kühlen Grenzfällen: GJ 504 b erreicht etwa 291 Grad Celsius und ist trotzdem viel kälter als viele direkt beobachtete Exoplaneten. Nun hat das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) ihr schwaches Licht zerlegt. Die Daten sprechen dafür, dass über dem Rosa Planeten Salz-Wolken hängen.

Ein Team unter Leitung der Northwestern University berichtet in der Fachzeitschrift The Astronomical Journal über die erste direkte Spektroskopie dieses fernen Begleiters. Dabei wird Licht in seine Bestandteile zerlegt. In diesen feinen Spuren fanden die Forscher Hinweise auf Wasserdampf, Methan, Kohlendioxid, Ammoniak – und auf Wolken aus Kaliumchlorid und Zinksulfid, also salzartigen Verbindungen.

Warum der Rosa Planet so schwer zu untersuchen war

GJ 504 b umkreist den sonnenähnlichen Stern GJ 504 A. Seit seiner Entdeckung im Jahr 2013 nennen Astronomen ihn wegen seines rötlich-rosafarbenen Schimmers den „Pink Planet“.

Die Forscher beschreiben GJ 504 b als Begleiter mit planetarer Masse. Gemeint ist damit ein Himmelskörper, der einen Stern umkreist, aber wegen seiner Masse nicht eindeutig als gewöhnlicher Planet gilt. Mit etwa 25 Jupitermassen liegt GJ 504 b in einer Grauzone zwischen Riesenplanet und Braunem Zwerg.

James Webb erkennt den Begleiter klar

Für Teleskope auf der Erde war GJ 504 b lange zu lichtschwach. „Der Rosa Planet ist der kälteste Begleiter, der je mit bodengebundenen Instrumenten entdeckt wurde“, sagt Studienleiter Aneesh Baburaj. „Viele Teams auf der ganzen Welt machten Folgebeobachtungen, um sein Licht zu untersuchen. Aber für bodengebundene Instrumente war er zu schwach.“

Mit dem James-Webb-Teleskop gelang nun der genauere Blick. Die Forscher nutzten das Instrument NIRSpec und untersuchten Licht im Bereich von 2,9 bis 5,3 Mikrometern. In der Hauptanalyse fanden sie GJ 504 b mit einem Signal-Rausch-Verhältnis von mehr als 300. Das bedeutet: Das Signal hob sich sehr klar vom Messrauschen ab.

Auf dem Rosa Planeten deuten Daten auf Salz-Wolken hin

Die Atmosphäre von GJ 504 b enthält laut Analyse mehrere Moleküle. Dazu zählen Wasserdampf, Kohlenmonoxid, Methan, Kohlendioxid, Ammoniak und Schwefelwasserstoff. Besonders deutlich fanden die Forscher Kohlendioxid und Ammoniak. Solche Spuren entstehen, weil Moleküle bestimmte Anteile des Lichts verschlucken.

Der auffälligste Befund betrifft jedoch die Wolken. Modelle ohne Wolken passten nicht sauber zu den Messdaten. Erst als die Forscher Wolken in die Simulationen einbauten, wurde die Atmosphäre physikalisch plausibler. Am besten passten Wolken aus Kaliumchlorid und Zinksulfid. Dabei handelt es sich um salzartige Verbindungen, nicht um Wassertröpfchen wie in irdischen Wolken.

Salz-Wolken sind kein Foto, sondern ein starker Modellbefund

Die Wolken über GJ 504 b ähneln nicht den weißen Schleiern, wie wir sie von unserem Himmel kennen. James Webb hat keine Wolkendecke auf dem Rosa Planeten fotografiert. Die Hinweise stammen aus dem Licht des fernen Begleiters. Es passt am besten zu einer Atmosphäre, in der salzartige Partikel tiefere Schichten teilweise verdecken.

„Wir führten Simulationen mit Wolken durch, und die Ergebnisse passten zu dem, was wir über kalte Planeten wissen“, sagt Baburaj. „Wir testeten drei verschiedene Arten von Wolken, und Salz-Wolken passten am besten.“ Damit verfestigte sich der Hinweis, dass Kaliumchlorid und Zinksulfid eine wichtige Rolle in der Atmosphäre spielen könnten.

Warum diese Welt heiß und trotzdem ungewöhnlich kühl ist

Die neue Analyse kommt auf etwa 564 Kelvin, also rund 291 Grad Celsius, die auf GJ 504 b herrschen. Das entspricht Backofenhitze. In der Astronomie zählt der Begleiter dennoch zu den kühlen direkt beobachteten Welten. Viele ähnliche Objekte erreichen mehrere Hundert bis mehr als 1000 Grad Celsius.

Sein Alter erklärt die vergleichsweise niedrige Temperatur. GJ 504 b ist nach den Berechnungen etwa 2,5 bis 4 Milliarden Jahre alt. Massereiche Begleiter entstehen sehr heiß und verlieren über lange Zeit Wärme.

GJ 504 b bleibt schwer einzuordnen

Auch die chemische Zusammensetzung macht die Einordnung schwierig. Die Atmosphäre enthält offenbar viele schwere Elemente. Kohlenstoff liegt deutlich höher als beim Mutterstern, Sauerstoff möglicherweise ebenfalls. Solche Werte können zu einer Entstehung passen, die eher an einen Planeten erinnert.

Bewiesen ist diese Herkunft damit nicht. Die Metallanreicherung spricht vorsichtig für eine planetenähnliche Entstehung, schließt eine andere Entstehung aber nicht aus. GJ 504 b bleibt ein Grenzfall: sehr massereich für einen Planeten, aber nicht eindeutig als Brauner Zwerg einzuordnen.

James-Webb erkennt kalte Welten viel genauer

Für Astronomen ist GJ 504 b deshalb besonders wertvoll. Das Objekt war für frühere Untersuchungen zu lichtschwach. James-Webb konnte nun erstmals ein direktes Spektrum gewinnen und die Chemie der Atmosphäre genauer lesen.

In solchen kalten Atmosphären entstehen Wolken, die auf der Erde fremd wirken. Bei GJ 504 b passen die Daten am besten zu Salz-Wolken. Der Rosa Planet liefert damit einen seltenen Blick auf Wetter jenseits vertrauter Maßstäbe.

Kurz zusammengefasst:

• GJ 504 b liegt rund 57 Lichtjahre entfernt und umkreist den sonnenähnlichen Stern GJ 504 A; wegen seiner rund 25 Jupitermassen gilt er als Grenzfall zwischen Riesenplanet und Braunem Zwerg.
• Das James-Webb-Teleskop konnte erstmals das schwache Licht dieser fernen Welt genau zerlegen und fand darin Spuren von Wasserdampf, Methan, Kohlendioxid, Ammoniak und Schwefelwasserstoff.
• Die Daten passen am besten zu einer Atmosphäre mit Wolken aus salzartigen Verbindungen; sie wurden nicht fotografiert, sondern aus dem Spektrum und passenden Atmosphärenmodellen abgeleitet.

Übrigens: Während auf dem Rosa Planeten salzige Wolken die Atmosphäre verraten, könnten anderswo in der Milchstraße ganze Planeten in einem Stern verschwunden sein. Chemische Spuren in HD 81809B deuten noch Milliarden Jahre später darauf hin – mehr dazu in unserem Artikel.

Bild. © NASA’s Goddard Space Flight Center/S. Wiessinger