Dr. Ilka Petermann – Arizona State University, Tempe/USA
Vielleicht ist die Anzahl an bestätigten Exoplaneten (1642) und noch untersuchten ‚Kandidaten‘ (3787) bei der Lektüre dieses Artikels schon wieder veraltet – doch die Wissensexplosion, die seit der Entdeckung des ersten Planeten außerhalb unseres eigenen Sonnensystems vor zwanzig Jahren stattfand, ist unbestritten. Mit kontinuierlich verfeinerten Messmethoden und Instrumenten ist es heute sogar möglich, ein ‚Foto‘ der Planeten zu erhalten, die sich neben ihren strahlenden Sternen bis vor kurzem unseren Blicken entzogen haben.
Abb.1: Das erste Foto aus dem Jahr 2004 eines mutmaßlichen Exoplaneten, der um den Braunen Zwerg 2M1207 kreist. Dank an: NACO, VLT, ESO
Lange schien es, als sei unsere Sonne mit ihren acht Planeten ein Unikum. Die Vorstellung aber, dass wir doch nicht so ganz alleine sind, dass auch um andere Sterne Planeten kreisen könnten, hat die Menschen schon immer fasziniert.
Epikur (ca. 341-270 v. Chr.) äußerte in einem Brief an Herodot die Ansicht, ‚Es gibt unendlich viele Welten, einige der unsrigen gleich, andere ungleich.‘ Der italienische Priester, Philosoph und Astronom Giordano Bruno (1548-1600) stieß mit seiner Annahme, dass es ‚unzählige Sonnen und unzählige Erde‘ gibt, nicht gerade auf Gegenliebe der Kirche: er fand auf dem Campo de‘ Fiori in Rom den Tod auf dem Scheiterhaufen. Der französische Schriftsteller Cyrano de Bergerac (1619–1655), oft als ‚Erfinder der Science Fiction Literatur‘ bezeichnet, ging gleich dazu über, sich mit Hilfe einer Rakete auf ‚Mondstaaten und Sonnenreiche‘ zu katapultieren.
Heutzutage sind die Astronomie und die Suche nach ‚Erdgeschwistern‘ weitaus weniger gefährlich – aber immer noch genauso spannend. Zwei Methoden wurden und werden hauptsächlich zum Auffinden von Exoplaneten benutzt: Die Messung der Radialgeschwindigkeit (‚Sternwackeln‘) und die Transitmethode (‚Verdunkeln‘). Und seit einigen Jahren sind sogar direkte Abbildungen möglich!
Zieht ein Planet zwischen uns und seinem Stern vorbei (ähnlich wie der Venustransit von 2012), verdunkelt er einen winzigen Teil des Sterns. Diese kleinsten Schwankungen des Sternenlichts können mit sehr empfindlichen Instrumenten nachgewiesen werden. Beim sonnenähnlichen Stern HD209458 (auch bekannt unter dem Namen V376 Pegasi) etwa beträgt die ‚Verdunkelung‘ knapp 2 %: Ein Planet mit einer Masse von etwa 0.7 Jupitermassen umrundet den Stern in nur dreieinhalb Tagen! Die Geburtstagskuchen der potentiellen Bewohner würden damit durchaus selbst einige (Kerzen-)Leuchtkraft aufweisen. Einige Anzeichen deuten auf das Vorhandensein von Wasserdampf hin, weswegen der Planet besonders in den Fokus der Forschung gerückt ist.
Erdgebundene Missionen wie MEarth Project (M dwarfs and Earth-like planets) und HATNet (Hungarian Automated Telescope Network), sowie die Weltraumteleskope Corot (der französischen Raumfahrtbehörde CNES) und Kepler (NASA) haben mit dieser Methode erfolgreich unsere Exoplaneten-Liste erweitert.
Kepler, dessen Mission 2009 gestartet wurde, analysierte einen festen Ausschnitt des Sternen-himmels mit fast 200.000 Sternen im Sternbild Schwan. Insbesondere erdähnliche, ‚kleine‘ Planeten, standen im Mittelpunkt der Mission (Abb. 2). Mit ersten Entdeckungen im Jahr 2010, wurden 2011 der bis dahin kleinste Exo-Gesteinsplanet gefunden und der erste Planet innerhalb der ‚habitablen‘, also lebensfreundlichen Zone eines Sterns gefunden. Nach vielen hunderten weiteren Funden, war einer der jüngsten ‚Neuzugänge‘ im Juli 2015 der Planet Kepler-452-b, der erste etwa erdgroße Exoplanet in der habitablen Zone um einen sonnenähnlichen Zentralstern.
Abb.2: Ausschnitt der Milchstraße, der vom Weltraumteleskop Kepler seit 2009 nach Exoplaneten durchsucht wird. Dank an: Carter Roberts / Eastbay Astronomical Society
So erfolgreich die Transitmethode damit also auch ist – ein großer Nachteil liegt in der Abhängigkeit von der Geometrie des Sternsystems. Liegt nämlich die Bewegung eines Planeten nicht in unserer Blickebene, so zieht der Planet seine Kreise, ohne dass wir etwas davon bemerken.
Die Sonne macht mit ihren 1.9984 x 1030 kg etwa 99.86 % Prozent der Gesamtmasse unseres Sonnensystems aus. Damit ist sie zwar der leuchtende Fels in der Planetenbrandung – doch ganz unbeeinflusst bleibt auch sie nicht von ihren Begleitern. Ein neugieriger Außerirdischer, der sein Teleskop auf unser Sonnensystem richten würde, könnte ein minimales ‚Wackeln‘ der Sonne beobachten: der Schwerpunkt des Systems liegt – je nach Lage unserer schwersten Nachbarn Jupiter und Saturn, mal innerhalb, mal außerhalb der Sonnenoberfläche, aber nie genau im Sonnenzentrum: die Sonne taumelt um den gemeinsamen Schwerpunkt.
Analysiert man die Gesamtheit des sichtbaren Lichts des Sterns, sein Spektrum, so lassen sich charakteristische Merkmale finden, die auf diese Bewegung des Sterns hindeuten. Dies ist die Grundlage der Radialgeschwindigkeitsmethode. Und so wie wir eine Feuerwehrsirene anders wahrnehmen, je nachdem ob das Auto auf uns zu- oder wegrast, wird auch sichtbares Licht verändert (Dopplereffekt). Stellt ein Außerirdischer solch ein Verhalten bei der Sonne fest, wird es für ihn höchste Zeit, einen Artikel zu veröffentlichen – etwa in der Zeitschrift seiner Sternwarte!
Die erste eindeutige Entdeckung eines Exoplaneten in einem Orbit um einen sonnenähnlichen Stern wurde 1995 von Michel Mayor und seinem Mitarbeiter Didier Queloz (Institut für Astronomie der Universität Genf) genau mit Hilfe dieser Radialgeschwindigkeitsmethode gemacht. Der Planet 51 Pegasi b umrundet alle 4,2-Tage seinen etwa 40 Lichtjahre von der Erde entfernten Stern 51 Pegasi im Sternbild Pegasus. Die Entdeckung gaben Mayor und Queloz vor ziemlich genau zwanzig Jahren bekannt: am 5. Oktober 1995 auf der Fachkonferenz 9th Cambridge Workshop on Cool Stars, Stellar Systems and the Sun in Florenz.
Was in der Anfangszeit der Exoplaneten-Jagd noch unvorstellbar erschien, ist seit 2004 Wirklichkeit: das erste Foto eines Exoplaneten! Eine Gruppe Astronomen konnten mit Hilfe des ESO Large Telescope Arrays das Bild eines Planeten mit mehreren Jupitermassen aufnehmen, der um den braunen Zwerg 2M1207 kreist (Abb.1). Kritiker hielten dagegen, dass ein brauner Zwerg als ‚Beinahe-Stern‘ erheblich leuchtschwächer als ein ‚echter Stern‘ sei, und in den Planeten-Club eigentlich nur aufgenommen werden kann, wer um einen richtigen Stern kreist…
2008 wurde dann mit Hilfe des Hubble Space Telescope ein Planet aufgenommen, der um den Stern Fomalhaut kreist. Eine dichte Staubscheibe, die den Stern umgibt und eine scharfe ‚Kante‘ aufweist, lieferten Hinweise auf ein Objekt, das Staub und Trümmer auf seiner Umrundung aufgesammelt haben könnte. Fomalhaut (Alpha Piscis Austrini) ist als Hauptreihenstern mit einer Oberflächen-temperatur von 8500 K auch ganz eindeutig ein geforderter ‚echter Stern‘ – und sein Planet damit einer aus dem Team der 5429.
Jetzt müsste nur noch ein Planet gefunden werden, der ganzjährig sommerliche Temperaturen mit mückenfreien Gebirgen zum Wandern und weißen Stränden, bei dem der Sand nie an den Füßen klebt, verbindet – und der nicht allzu weit weg ist: Die zur Zeit am weitesten entfernten bekannten Exoplaneten SWEEPS-04, SWEEPS-10 und SWEEPS-11 bringen es auf rund 22.000 Lichtjahren Entfernung. Mit Voyager 1 würde eine Reise zu diesen Planeten etwa 380 Millionen Jahre dauern. Und mit wem wir uns dort Berge und Strand dann teilen müssten, ist wieder eine ganz andere spannende Frage…
Umfangreiche Informationen im Internet auf:
https://exoplanets.org
https://exoplanet.eu/
https://kepler.nasa.gov/
https://sci.esa.int/corot/
