WASP-39 b

Viel Atmosphäre bei vergleichsweise geringer Masse

WASP-39 b besitzt ungefähr Saturnmasse, sein Durchmesser ist aber größer als der Jupiters. Damit hat er eine geringe mittlere Dichte. Die Nähe zu seinem Stern macht ihn zu einem heißen Gasriesen mit einer ausgedehnten Atmosphäre. Ein Jahr dauert dort nur gut vier Erdtage.

Solche Eigenschaften sind für Beobachtungen günstig. Wenn der Planet vor seinem Stern vorbeizieht, durchläuft ein kleiner Teil des Sternlichts die atmosphärische Randregion. Eine ausgedehnte Hülle kann deutliche Unterschiede zwischen den Wellenlängen erzeugen, die verschiedene Moleküle absorbieren. Die erfassten Signale liefern daher chemische Informationen, obwohl Webb kein aufgelöstes Bild des Planeten aufgenommen hat. Die Wolken und Farben einer Illustration bleiben eine anschauliche Vorstellung.

Sternlicht liefert mehr als Wärme

Eine Absorptionsstruktur bei etwa 4,05 Mikrometern wurde Schwefeldioxid zugeordnet. Die große Frage war, wie es in dieser wasserstoffreichen Atmosphäre entstehen kann. Reine Gleichgewichtsmodelle, in denen Temperatur, Druck und Zusammensetzung ohne den zusätzlichen Antrieb durch Licht betrachtet werden, sagten viel zu wenig davon voraus.

Die 2023 veröffentlichte Untersuchung verglich mehrere photochemische Modelle. Energiereiches ultraviolettes Sternlicht setzt Reaktionsketten in Gang: Aus Wasser entstehen reaktionsfreudige Teilchen, Schwefelwasserstoff wird umgewandelt und Schwefel schrittweise zu Schwefeldioxid oxidiert. Die Modelle konnten damit die beobachtete Absorption erklären.

Das bedeutet nicht, dass Webb einzelne chemische Reaktionen filmen würde. Gemessen wird Licht; der Reaktionsweg wird mit physikalischer Chemie und Modellen geprüft. Schwefeldioxid ist auf Gesteinswelten häufig mit Vulkanismus verbunden. Bei diesem Gasriesen ist die photochemische Entstehung eine andere Erklärung, die keine Vulkane auf einer festen Oberfläche voraussetzt.

Weitere Wellenlängen prüfen dieselbe Erklärung

Eine einzelne kleine Spektralstruktur könnte falsch zugeordnet sein. Deshalb ist es besonders wertvoll, weitere Absorptionsbereiche desselben Moleküls zu untersuchen. Die 2024 veröffentlichte MIRI-Studie berichtete Strukturen bei 7,7 und 8,5 Mikrometern, die ebenfalls zu Schwefeldioxid passen. Sie ergänzen den ursprünglichen Befund im nahen Infrarot.

Die daraus abgeleitete Häufigkeit hatte einen breiten Unsicherheitsbereich. Außerdem zeigte das Spektrum jenseits von zehn Mikrometern eine damals nicht erklärte Abnahme der Transittiefe. Ein Modell kann also mehrere wichtige Merkmale treffen, ohne bereits jedes Detail zu erklären. Der Gewinn verschiedener Instrumente liegt gerade darin, dass eine vorgeschlagene Zusammensetzung an zusätzlichen Wellenlängen überprüfbar wird.

Morgen und Abend sind unterschiedliche Messregionen

Die Tag-Nacht-Grenze heißt Terminator. Bei der erwarteten gebundenen Rotation von WASP-39 b bleibt eine Seite dem Stern zugewandt. Atmosphärisches Gas kann trotzdem über die Grenzen zwischen Tag und Nacht strömen. Der Morgenrand und der Abendrand müssen daher nicht dieselbe Temperatur und Wolkendecke besitzen.

Eine Studie von 2024 trennte ihre Beiträge im Transitsignal. Ihre Modelle erklärten den Abendrand als ungefähr 177 Kelvin heißer als den Morgenrand. Eine Temperaturdifferenz von 177 Kelvin entspricht derselben Differenz in Celsiusgraden. Zirkulationsmodelle passten dazu und deuteten auf einen wolkigeren Morgenrand hin.

Die Auswertung setzt genaue Bahnparameter voraus. Kleine Fehler in der zeitlichen Geometrie können die Trennung erschweren. Die gemessenen Unterschiede sind deshalb keine gewöhnlichen Fotos zweier Wetterkarten. Sie zeigen, wie räumliche Informationen aus dem zeitlichen Verlauf eines Transits und den zugehörigen Spektren gewonnen werden können.

Ein Prüfstein auch für konkurrierende Chemie

Eine 2025 veröffentlichte Untersuchung schlug eine alternative Deutung vor, in der Siliziumchemie stärker ins Gewicht fällt. Siliziummonoxid könnte demnach einen Teil der Absorption um 4,1 Mikrometer erklären; Silikatwolken und Dunst könnten zu Merkmalen im MIRI-Bereich beitragen. Die Autoren forderten zusätzliche, möglichst höher aufgelöste Daten, um das Szenario zu prüfen.

Diese Arbeit sollte weder stillschweigend übergangen noch als automatische Widerlegung aller Schwefeldioxidbefunde gelesen werden. Konkurrierende Modelle müssen dieselben Beobachtungen über möglichst viele Wellenlängen hinweg erklären. WASP-39 b ist deshalb mehr als ein Katalog bekannter Moleküle: Der Planet bietet die Möglichkeit, Lichtchemie, Wolken und Luftbewegungen anhand vieler zusammengehöriger Messungen gegeneinander zu testen.