Warum das neue Weltraumteleskop, das uns detailreiche Bilder aus den Tiefen des Alls liefert, so wichtig ist.
Das James Webb Space Telescope hat gerade erst offiziell seine Arbeit aufgenommen und ist schon jetzt der neue Superstar der Astronomie und Planetenforschung weltweit und auch in Österreich. Es mag einige technische Probleme bei der Live-Übertragung der ersten offiziellen wissenschaftlichen Daten gegeben haben, aber diese fielen angesichts der überwältigenden Brillanz und der bisher unerreichten Schärfe der gezeigten Bilder nicht wirklich ins Gewicht.
Wir sahen die Galaxien aus der Frühzeit des Universums, als es gerade einmal 100 Millionen Jahre alt war. Die Sternenwiege NGC 3324 bestach mit psychedelisch anmutenden verwirbelten Staub- und Gasschichten, in denen dutzende neue Sterne und wesentlich mehr Planeten geboren werden. Wir konnten im planetarischen Nebel NGC 3132 förmlich spüren, mit welcher Gewalt der Stern, der ursprünglich im Zentrum dieses Nebels existierte, riesige Mengen an Staub und heißem ionisierten Gas während eines allerletzten Aufbäumens in die Weiten des Alls schleuderte, bevor er verging. Geradezu grazil mutete dagegen der Tanz der fünf Galaxien in Stephans Quintett an, wobei nur vier Galaxien wirklich umeinander tanzen und letztendlich vermutlich verschmelzen werden. Die fünfte ist einfach zufällig in unsere Sichtlinie geraten.
Galaxien- und Sternenforscher überschlagen sich schon jetzt vor Freude angesichts des Detailreichtums der Bilder und zusätzlicher Aussagen über die Zusammensetzung ferner Galaxien. Damit können grundlegende Prozesse besser untersucht werden, die das Leben auf der Erde erst möglich gemacht haben. Denn tatsächlich bestehen wir alle in nicht unerheblichem Maß aus Sternenstaub. Kohlenstoff zum Beispiel wird durch Kernfusion aus leichteren Elementen im Inneren von Sternen gebildet und nach deren Tod ins Weltall geschleudert. Das heißt, in all diesen Bildern sehen wir in irgendeiner Form die Prozesse, die jene Elemente generierten, die Planeten und letztendlich das Leben auf der Erde erst ermöglichten.
Während die Schönheit der hochaufgelösten Bilder aus dem All bereits für sich spricht und Laien weltweit begeistert hat, werden sich viele beim Bild von der Atmosphäre des Exoplaneten WASP-96b deutlich schwerer getan haben. Dieses zeigt im Grunde eine verwackelte blaue Linie mit weißen Punkten auf dunklem Hintergrund. Auch die Erklärung, dass hier Wasser gezeigt wurde, ist ohne Kontext für Laien schwer einzuordnen.
Eine wissenschaftliche Sensation
Dabei birgt gerade dieses Bild eine kleine wissenschaftliche Sensation, die ausdrücklich nicht in der Präsenz von Wasserdampf liegt. WASP-96b ist ein Gasriese um einen Stern außerhalb unseres Sonnensystems in etwa 1.000 Lichtjahren Entfernung. Er ist ein Planet, etwas mehr als zehnmal so groß wie unsere Erde, der vor allem aus Wasserstoff- und Heliumgas besteht und keine Oberfläche hat. Zudem umkreist er seinen Stern in sehr kurzem Abstand alle 3,4 Tage und wird dadurch auf mehr als 1.000 Grad aufgeheizt.
Auch wenn das James Webb Space Teleskop bestätigt hat, dass auch ein solcher Planet Wasserdampf in seiner Atmosphäre enthält, so ist dies keine große Überraschung. Wasser kommt im Weltall schlicht sehr häufig vor. Was für uns ein großes Glück ist, denn ohne dieses kostbare Nass, gäbe es vermutlich kein Leben auf der Erde. Angesichts der hohen Temperaturen und der allgemein recht lebensfeindlichen Umgebung eines Gasriesen besteht bei WASP-96b auch nicht wirklich die Möglichkeit, dort Leben zu finden.
Viel interessanter für uns Fachleute am Institut für Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Graz ist, dass die Wasserdampf-"Buckel" in der wackligen Linie nicht so deutlich hervorstechen, wie es ursprünglich erwartet wurde. Vermutlich liegt das daran, dass es in dieser Atmosphäre außer Wasser auch noch Wolkenpartikel gibt, die uns im wahrsten Sinne des Wortes die Sicht vernebeln. Die bloße Existenz dieser Wolkenteilchen in genau diesem Planeten WASP-96b ist deshalb eine große Überraschung, wurde doch dieser Planet erst vor wenigen Jahren unter großem Tamtam für wolkenfrei erklärt.
Denn die bisher mit dem Hubble Space Telescope gewonnenen "wackligen Linien" - oder fachlich korrekter: "Transmissionsspektren" - zeigten keinerlei Anzeichen für Wolken. Dabei sollte das Hubble-Teleskop im optischen und im UV-Lichtbereich Wolken eigentlich deutlicher sehen als das James Webb Space Telescope, das im thermischen beziehungsweise infraroten Bereich misst. Es war sogar gerade die Hoffnung der Exoplanetenforschung, dass uns das James Webb Space Telescope ermöglichen würde, durch die lästigen Wolkenschwaden hindurch tiefere Einblicke in die Zusammensetzung der Atmosphäre dieser exotischen Welten zu ermöglichen. Und jetzt das: Auf einmal sieht genau dieses Infrarotteleskop Wolken, wo bisher keine gesehen wurden. Das ist ja seltsam!
Die Aussage "Das ist ja seltsam" steht freilich am Anfang vieler großer Entdeckungen. Genau hier liegt die Schönheit und Faszination der Forschung: Die Natur überrascht uns immer wieder und stellt uns vor neue Herausforderungen, die uns zwingen, unsere Grundannahmen zu überdenken. Daher arbeiten genau in diesem Augenblick Wolken- und Atmosphärenexpertinnen und -experten weltweit fieberhaft daran, die alten Hubble-Daten und die neuen Daten von James Webb für den Exoplaneten WASP-96b zusammenzubringen - auch in Österreich. Denn Christiane Helling, die Direktorin des Instituts für Weltraumforschung in Graz, ist die weltweit führende Expertin in Bezug auf die Wolkenbildung in braunen Zwergen und Exoplaneten.
Fantastische Wolken aus Glas und Edelsteinen
Die Wolken, die wir am Institut für Weltraumforschung modellieren, bestehen für heiße Gasriesen wie WASP-96b allerdings nicht aus Wassertröpfchen - sondern zum Beispiel aus geschmolzenem Glas. Nur solche exotischen Materialien können im Glutofen der Atmosphäre von WASP-96b Tröpfchen bilden. Alles andere verdampft sofort. Was für einen schillernden, farbenprächtigen Anblick mag eine solche Wolke wohl liefern?
Leider werden wir auf absehbare Zeit keine "echten" farbenprächtigen Bilder eines Exoplaneten haben. Das übersteigt selbst das Auflösungsvermögen von James Webb. Aber dank der neuen Daten dieses Teleskops werden wir in unserer Vorstellung ein besseres Bild dieser fantastischen Wolken aus geschmolzenem Glas oder glitzernden Edelsteinen in einem exotischen glühend-heißen Gasball formen. Was für ein triumphaler Einstand für das James Webb Space Telescope, das unter jahrelanger Verzögerung und Budgetproblemen in Milliardenhöhe litt. Aber wie beim Hubble Space Telescope werden die atemberaubenden Ergebnisse diese Anfangsprobleme sehr schnell vergessen machen.