Dass Gasriesen wie Jupiter starke Magnetfelder besitzen, ist hinreichend bekannt. Es wäre daher naheliegend, dass auch jupiterähnliche Exoplaneten in fernen Sternsystemen solche aufweisen. Doch ein Nachweis gelang bisher nicht. Die Schwierigkeit liegt vor allem in der großen Entfernung und darin, dass Magnetfelder selbst keine Strahlung aussenden, die sich direkt beobachten ließe. Ein internationales Team um die Astronomin Julia Seidel vom Observatoire de la Côte d’Azur in Frankreich fand daher einen anderen Weg: die präzise Vermessung atmosphärischer Winde als Indikator für magnetische Aktivität, wie die Gruppe im Fachjournal »Nature Astronomy« berichtet.

Damit ein Planet ein Magnetfeld erzeugen kann, benötigt er üblicherweise drei Dinge: Rotation, Wärme und ein elektrisch leitfähiges Inneres. Auf der Erde treiben Strömungen aus heißem Eisen und Nickel im Inneren elektrische Ströme an, die das Magnetfeld erzeugen. Jupiter verfügt noch über viel Restwärme aus seiner Entstehung, und der enorme Druck in seinem Inneren ist so hoch, dass Wasserstoff in einen »metallischen«, elektrisch leitfähigen Zustand übergeht. Mit einer Rotationsdauer von knapp zehn Stunden bietet er zudem ideale Voraussetzungen für ein starkes Magnetfeld.

In seiner aktuellen Arbeit konzentrierte sich das Team auf sieben extrem »Heiße Jupiter« mit durchschnittlichen Atmosphärentemperaturen von mehr als 1300 Grad Celsius. Es sind also Gasriesen von jupiterähnlichen Ausmaßen, die sich so nahe an ihrem Heimatstern befinden, dass sie diesem stets dieselbe Seite zuwenden. Messungen mit dem ESPRESSO-Spektrografen am Very Large Telescope der ESO und dem MAROON-X-Instrument am Gemini-North-Teleskop auf Hawaii ergaben Windgeschwindigkeiten zwischen 7200 (auf WASP-76 b) und 25 000 Kilometern pro Stunde (WASP-189 b), bedingt durch den extremen Temperaturgradienten zwischen der heißen Tag- und der eiskalten Nachtseite.

Dabei kam ein paradoxes Muster zum Vorschein: Je heißer ein Planet ist, desto langsamer wehen dort die Winde. Dies widerspricht der Erwartung, dass höhere Temperaturen stärkere atmosphärische Strömungen antreiben sollten. Des Rätsels Lösung liegt im Zusammenspiel von Hitze und Magnetfeld: Auf der heißen Tagseite werden Alkalimetalle wie Natrium und Kalium ionisiert. Die geladenen Teilchen werden von den Winden mitgerissen und erzeugen einen globusumspannenden Stromkreis. Dieser induziert ein zusätzliches Magnetfeld, das an das planetare koppelt und einen magnetischen Widerstand (»magnetic drag«) erzeugt, der die Luftmassen abbremst. Der Effekt verstärkt sich bei höheren Temperaturen, da mehr Teilchen ionisiert werden (siehe »Magnetische Bremse«).

Aus den gemessenen Windgeschwindigkeiten konnte das Team so erstmals die »Stärke« (Flussdichte) der Magnetfelder ausgewählter Exoplaneten ableiten und auf wenige Gauß eingrenzen. Die Werte liegen damit in einem Bereich, der mit den Gasriesen in unserem Sonnensystem vergleichbar ist – etwa halb so stark wie das von Jupiter an dessen Äquator. Der Verlust an Bewegungsenergie bei heißen Gasriesen könnte sogar erklären, warum manche von ihnen deutlich »aufgeblähter« als erwartet erscheinen.

Magnetfelder sind nicht nur wichtig für potenzielles Leben auf einem Planeten, da sie die Atmosphäre vor Sternwinden schützen. Sie könnten auch für spektakuläre Polarlichter verantwortlich sein. Das Team hofft daher, mit dem zukünftigen Extremely Large Telescope der ESO solche auch auf diesen fernen Welten nachweisen zu können.