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Warum reflektiert der Lava-Planet TOI-561 b so viel Sternenlicht?
Glühende Welt mit Sonnenschutz: Obwohl TOI-561 b so dicht an seinem Stern kreist, dass Gestein schmelzen kann, scheint er einen Großteil des einfallenden Lichts zurückzuwerfen. Eine 37-stündige Beobachtung mit dem James-Webb-Weltraumteleskop liefert neue Hinweise auf eine ausgedehnte Atmosphäre. Klimamodelle legen nahe, dass darin reflektierende Wolken aus Gesteinsmineralen entstehen könnten.
Waterloo (Kanada). Ein Planet, auf dem möglicherweise ganze Ozeane aus geschmolzenem Gestein liegen, scheint kein geeigneter Ort für eine beständige Atmosphäre zu sein. Vor allem in unmittelbarer Nähe eines Sterns kann energiereiche Strahlung Gase ins All entweichen lassen. Doch einige besonders heiße Gesteinsplaneten widersprechen diesem Bild.
Einer davon ist TOI-561 b. Er besitzt etwa den 1,4-fachen Erdradius, benötigt für einen Umlauf nur rund 10,6 Stunden und zeigt seinem Stern vermutlich stets dieselbe Seite. Frühere Messungen deuteten bereits darauf hin, dass dieser Lava-Planet von einer dichten Gashülle umgeben sein könnte. Unklar blieb, wohin die von seinem Stern aufgenommene Energie gelangt.
Forscher der University of Waterloo um Prof. Lisa Dang haben deshalb mit dem James-Webb-Weltraumteleskop die Wärmestrahlung von TOI-561 b während mehrerer Umläufe verfolgt. Ihre insgesamt 37 Stunden umfassenden Daten erlauben erstmals einen Vergleich der Tag- und Nachtseite des Planeten. Dabei trennte das Team das schwache Planetensignal von Helligkeitsschwankungen seines Sterns.
Für einen dunklen, atmosphärelosen Gesteinsplaneten wäre auf der ständig beleuchteten Seite eine Temperatur von etwa 3.200 Kelvin zu erwarten. Die aus den Beobachtungen abgeleitete Helligkeitstemperatur beträgt jedoch nur rund 2.050 Kelvin. Eine mögliche Erklärung wäre, dass starke Winde einen Großteil der Wärme zur Nachtseite transportieren.
Doch auch dort bleibt der Planet vergleichsweise kühl. Die kombinierte Auswertung ergibt für die Nachtseite ungefähr 1.090 Kelvin. Zwar sprechen die Daten für einen gewissen Wärmetransport, doch reicht dieser nach den Modellrechnungen allein nicht aus, um die geringe Strahlung der Tagseite zu erklären. Ein großer Teil der Sternenergie dürfte den Planeten gar nicht erst erwärmen.
Aus dem Temperaturunterschied und der Energiebilanz leiten die Forscher ein sogenanntes Bond-Albedo von rund 0,74 ab. Das bedeutet: Nach dieser vereinfachten Auswertung reflektiert TOI-561 b etwa drei Viertel des insgesamt einfallenden Sternenlichts. Auch aufwendigere Klimamodelle bevorzugen eine hohe Reflektivität gegenüber einem dunklen, ungeschützten Lava-Ozean.
Diese Kombination aus starker Rückstrahlung und begrenztem Wärmetransport deutet auf eine planetenumspannende Atmosphäre hin. Die dunkle Gesteinsoberfläche selbst wäre als Ursache für den hohen Reflexionsgrad wenig plausibel. Das Team vermutet daher, dass Teilchen in der Gashülle einen beträchtlichen Anteil des Sternenlichts zurück ins All streuen.
„Wir haben gemessen, wie sich Helligkeit und Wärme des Planeten während seines Umlaufs verändert haben“, erklärt Prof. Lisa Dang.
Als Erklärung kommen Wolken aus Silikaten infrage, also aus mineralischen Verbindungen, die auch in irdischem Gestein vorkommen. Auf der heißen Tagseite könnte Material aus dem mutmaßlichen Magma-Ozean verdampfen. In kühleren Luftschichten würde es wieder kondensieren und beispielsweise Wolken aus Siliziumdioxid oder Magnesiumsilikat bilden.