Was ist der größte Planet im Universum? Das Geheimnis des „Super-Jupiters“ wird gelüftet

Autor: Duan Yuechu und Huang Xianghong

Im riesigen Universum gibt es viele erstaunliche Himmelskörper, und der Super-Jupiter ist einer davon. In den letzten Jahren haben uns wichtige Entdeckungen des Webb-Weltraumteleskops zu einem tieferen Verständnis der Super-Jupiter verholfen.

Das Webb-Weltraumteleskop hat einen Super-Jupiter um einen nahegelegenen Stern entdeckt, eine Entdeckung, die in der wissenschaftlichen Gemeinschaft große Aufmerksamkeit erregt hat. Dieser Planet hat ungefähr den gleichen Durchmesser wie Jupiter, seine Masse ist jedoch sechsmal so groß wie die des Jupiters und seine Atmosphäre ist ebenfalls reich an Wasserstoff, was gewisse Ähnlichkeiten mit der des Jupiters aufweist. Eines seiner bemerkenswertesten Merkmale ist jedoch seine extrem lange Umlaufzeit.

Warum ist die Umlaufzeit eines Superjupiters so lang? Dies ist das Ergebnis der kombinierten Wirkung mehrerer Faktoren. Erstens ist er 15-mal weiter von seinem Stern entfernt als die Erde von der Sonne. Eine so große Entfernung bedeutet, dass der Planet relativ weniger von der Schwerkraft des Sterns beeinflusst wird, was dazu führt, dass er langsamer um den Stern kreist und länger braucht, um eine Umlaufbahn zu vollenden. Zweitens spielt auch die Massenverteilung der Sterne und Planeten selbst eine Rolle. Wenn die Masse des Sterns gering ist, ist die Gravitationskraft auf den Planeten relativ schwach; Während der Super-Jupiter eine größere Masse hat und sich unter denselben Gravitationsbedingungen langsamer bewegt, führt dies alles dazu, dass sich die Umlaufzeit verlängert. Darüber hinaus können die Umgebung der Galaxie und Störungen durch andere Himmelskörper, wie etwa der Gravitationseinfluss anderer Sterne in einem Mehrfachsternsystem, ihre Umlaufbahn komplizierter und länger machen.

Welchen Einfluss hat also eine so lange Umlaufzeit auf die Entstehung und Entwicklung von Super-Jupitern? Eine längere Umlaufzeit bedeutet, dass der Planet während des Entstehungsprozesses mehr Zeit hat, Material aus den Weiten des Weltalls aufzunehmen, wodurch die Bildung einer größeren Masse möglich wird. Andererseits ist die Materieverteilung aufgrund der großen Entfernung vom Stern relativ spärlich, was auch zu einer instabilen Materialversorgung während des Entstehungsprozesses führen kann, was wiederum die Schwierigkeit und Unsicherheit der Entstehung erhöht.

Die extrem lange Umlaufzeit führt entwicklungsgeschichtlich dazu, dass Super-Jupiter vergleichsweise wenig Sternstrahlung empfangen. Dadurch bleibt die Oberflächentemperatur niedrig und die physikalischen und chemischen Prozesse in der Atmosphäre relativ langsam. Die Zusammensetzung und Struktur seiner Atmosphäre kann sich daher stark von der von Planeten mit kürzeren Umlaufzeiten unterscheiden, was wiederum Auswirkungen auf das Klima und die Wettermuster des Planeten hat.

Als nächstes wollen wir einen genaueren Blick auf die Zusammensetzung und Struktur der Atmosphären von Super-Jupitern werfen. Neueste Forschungen haben ergeben, dass in der Atmosphäre des Superjupiters neben den üblichen Bestandteilen wie Wasserstoff, Helium, Methan, Ammoniak und Wasser auch einige seltenere Substanzen wie Edelgase wie Neon und Xenon nachgewiesen wurden. Obwohl diese Edelgase in relativ geringen Mengen vorkommen, sind sie für das Verständnis der Entstehung und Entwicklung der Atmosphäre von großer Bedeutung.

Was die Struktur der Atmosphäre angeht, haben Wissenschaftler herausgefunden, dass die Atmosphäre des Superjupiters eine klare mehrschichtige Struktur aufweist. In der untersten Schicht nahe der Planetenoberfläche sind Temperatur und Druck extrem hoch. Die Wolken bestehen hier hauptsächlich aus Ammoniumsulfid und Wasser und bilden ein dichtes und komplexes Wolkensystem. In der mittleren Atmosphäre ist der Methangehalt relativ hoch, was zu einzigartigen photochemischen Reaktionen und der Produktion einiger komplexer organischer Moleküle führen kann. In der oberen Atmosphäre kommt es zu einem starken Ionisationsphänomen im dünnen Gas, wodurch ein prächtiger Anblick entsteht, der dem Polarlicht der Erde ähnelt.

Die Zusammensetzung und Struktur der Atmosphäre eines Super-Jupiters hat einen entscheidenden Einfluss auf sein Klima und Wetter. Aus Sicht der Zusammensetzung bestimmt die Häufigkeit von Gasen wie Wasserstoff und Helium die grundlegenden physikalischen Eigenschaften der Atmosphäre. Durch die Anwesenheit von Wasserstoff verfügt die Atmosphäre über eine höhere Wärmekapazität, die bei der Aufnahme und Abgabe von Wärme als Puffer fungiert. Helium ist relativ stabil, aber seine Verteilung und Konzentration beeinflussen auch die Gesamtdichte und Druckverteilung der Atmosphäre. Das Vorhandensein von Verbindungen wie Methan, Ammoniak und Wasser ist an komplexen chemischen Prozessen beteiligt. Beispielsweise kann Methan unter bestimmten Bedingungen photochemische Reaktionen eingehen, die die chemische Zusammensetzung und den Energiehaushalt der Atmosphäre beeinflussen. Der Phasenwechsel des Wassers spielt eine Schlüsselrolle bei der Übertragung und Speicherung von Wärme und beeinflusst somit die Stabilität und den Veränderungstrend des Klimas.

Strukturell gesehen hat die Schichtung der Atmosphäre direkten Einfluss auf die Energie- und Materieübertragung. Dicke Wolken in der Nähe der Oberfläche können das Eindringen der Sternstrahlung blockieren, was zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Wärme führt, die auf die Oberfläche des Planeten gelangt. Die oberen, dünnen Gasschichten reagieren unterschiedlich auf ultraviolette und kosmische Strahlung, was zu atmosphärischer Ionisierung und elektromagnetischen Phänomenen führen kann, welche wiederum die atmosphärischen Zirkulationsmuster beeinflussen. Die Tiefe und der Druckgradient der Atmosphäre beeinflussen die vertikale Bewegung der Atmosphäre. Die tiefere Atmosphäre kann eine intensivere Konvektion erzeugen, die zu großflächigen Stürmen und Luftaktivitäten führt. Temperaturunterschiede und Dichtegradienten zwischen verschiedenen Gasschichten treiben die atmosphärische Zirkulation an und bilden komplexe Windsysteme und Klimazonen. Beispielsweise könnte eine starke atmosphärische Zirkulation zu großen, anhaltenden Sturmsystemen führen, die dem Großen Roten Fleck auf dem Jupiter ähneln. Durch die Kondensation und Verdampfung verschiedener Komponenten unter unterschiedlichen Temperatur- und Druckbedingungen kommt es zu Niederschlagsphänomenen besonderer Form und Intensität.

Die Forschung zu Super-Jupitern ist jedoch noch nicht abgeschlossen und es gibt noch viele unbekannte Dinge, die es zu erforschen gilt. Wissenschaftler hatten schon lange die Existenz eines großen Planeten um diesen 12 Lichtjahre entfernten Stern vermutet, doch dass dieser so groß und so weit vom Stern entfernt sein würde, hatten sie nicht erwartet. 12 Lichtjahre sind für den Menschen eine unvorstellbar lange Entfernung und ein Lichtjahr entspricht 5,8 Billionen Meilen. Die neuen Beobachtungen zeigen, dass der Planet den Stern Epsilon Indi A umkreist, der Teil eines Dreifachsternsystems ist.

Ein internationales Team unter der Leitung von Elizabeth Matthews vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Deutschland hat die Bilder letztes Jahr gesammelt und seine Ergebnisse am 24. Juli dieses Jahres in der Zeitschrift Nature veröffentlicht. Um diesen alten und kalten Gasriesen direkt beobachten zu können, verwendeten die Astronomen am Webb-Teleskop einen speziellen Sonnenschutz, um das Licht des Sterns zu blockieren. Dank dieser raffinierten Technik erschien der Planet im Infrarotlicht als heller Fleck, eine seltene und anspruchsvolle Leistung der astronomischen Beobachtung.

Erwähnenswert ist, dass sich dieser Stern sehr nahe an unserem Sonnensystem befindet und sehr hell ist. Auf der Südhalbkugel ist er sogar mit bloßem Auge zu erkennen. Aber leider ist nicht damit zu rechnen, dass es auf diesem Super-Jupiter Leben gibt. Matthews erklärte in einer E-Mail: „Dies ist ein Gasriese ohne harte Oberfläche oder flüssigen Wasserozean.“ Sie sagte auch, dass es in diesem Sonnensystem wahrscheinlich keine weiteren Gasriesen gibt, dass sich in ihrem Inneren aber möglicherweise einige kleine Gesteinswelten verbergen, was für künftige Forschungen endlosen Raum für Fantasie und Erkundung lässt.

Die Entdeckung des Super-Jupiters durch das Webb-Weltraumteleskop hat das Verständnis der Menschheit für die Vielfalt der Planeten im Universum erneut erweitert. Es macht uns bewusst, dass im riesigen Universum unzählige Geheimnisse darauf warten, von uns gelüftet zu werden. Ich bin davon überzeugt, dass unser Verständnis des Universums durch den kontinuierlichen Fortschritt in Wissenschaft und Technologie und die unermüdlichen Anstrengungen der Astronomen immer tiefer und umfassender werden wird. Die Entdeckung dieses Super-Jupiters ist zwar nur ein kleiner Schritt in der menschlichen Erforschung des Universums, aber zugleich ein äußerst wichtiger Schritt, der uns dazu inspiriert, weiterhin mutig in die unbekannten Tiefen des Universums vorzudringen.