Exoplaneten: Die Suche nach der zweiten Erde
Mit immer ausgefeilteren Methoden suchen Astrophysiker nach fernen Welten.
Sie sind immer wieder in den Nachrichten: neu entdeckte Planeten, die der Erde mal mehr, mal weniger ähnlich sind. Irgendwo da draußen, um ferne Sterne kreisend. Gerade erst haben US-Forscher Wasserdampf in der Atmosphäre von K2-18b entdeckt und es damit in die Schlagzeilen geschafft. Haben sie eine zweite Erde gefunden?
Nicht ganz. Der Planet ist zu groß und überdies nicht dicht genug. Und auch bei allen vorherigen Entdeckungen stimmten die Details nicht.
Die Erde 2.0 bräuchte die richtige Dichte, den richtigen Abstand von ihrem Stern und die richtige Masse. Sie müsste in ihrer Atmosphäre zudem Biomarker wie Ozon oder Methan tragen – oder eben Wasser. Auch an den zugehörigen Stern sind strenge Anforderungen geknüpft. Er muss aktiv genug sein, dass er seine Planeten wärmt, allzu aktiv darf er auch wieder nicht sein.
Ein langer, ein vielleicht allzu langer Kriterienkatalog also. Die Suche nach einem Sonnensystem, das die Voraussetzungen sämtlich erfüllt, ist zur Gralssuche der Astrophysik geworden.
ESA sucht mit Cheops
Der Erste, der einen extrasolaren Planeten gefunden hat, war 1995 Michel Mayor, ein schweizerischer Astronom. Am Montag voriger Woche, in Genf auf dem European Planetary Science Congress, durfte der Pionier Mayor natürlich auf dem Podium der beteiligten Forscher nicht fehlen, als die ESA ein Update gab zu ihrer aktuellsten Planetensuchmission. Cheops heißt sie: Characterising Exoplanets Satellite. Dahinter steckt ein relativ kleines Teleskop, das, so ESA-Projekt-Wissenschaftlerin Kate Isaak, Mitte Dezember vom Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana starten soll.
„Heute vor 20 Jahren wurde erstmals ein Exoplanet im Transit beobachtet“, betonte Mayor. Das ist die Methode, die Cheops nutzt, und eine von vielen, mit denen Astronomen nachweisen, dass im All ein Planet um einen Stern kreist: Wenn wir auf den Stern schauen und ein Planet zieht in der Sichtlinie vor dem Stern vorüber, dann lässt die Helligkeit des Sternenlichts nach.
55 Planten sind „potenziell bewohnbar“
Inzwischen sind über 4000 Exoplaneten bekannt. Die Universität von Puerto Rico hat diesen Planeten Schulnoten gegeben – und 55 von ihnen das Prädikat „potenziell bewohnbar“ verpasst.
Auf ihrer Planetensuche bedienen sich die Forscher sowohl terrestrischer als auch der Weltraum-Infrastruktur. Für die Massenbestimmung von Exoplaneten nutzen sie die großen Teleskope auf der Erde, an der Südsternwarte in Chile zum Beispiel.
Planeten lenken ihre Sterne periodisch aus, da der gemeinsame Schwerpunkt nicht in der Mitte des Sterns liegt. Im Verlauf eines Planetenjahres bewegt sich der Stern daher einmal auf die Erde zu, einmal von ihr weg. Diese Radialgeschwindigkeit des Sterns ist als Rot-Blau-Verschiebung mithilfe des Dopplereffekts messbar.
Die Dichte entscheidet
Um die alles entscheidende Dichte zu bestimmen, benötigen die Forscher nun noch das Volumen. Und das ist von der Erde aus nicht mehr zu bestimmen. Dann hofft man auf Transite (s. oben). Der Jupiter würde – von außen betrachtet – 1 % der Sonne verdunkeln, die Erde nur 0,01 %.
Für diese Art von Messung braucht es mächtige Weltraumteleskope wie Kepler, Tess und das für 2021 geplante James Webb. Aber für Planeten in Erdgröße reicht auch die bescheidenere Cheops-Mission aus, die vor allem bekannte Exoplaneten weiter erforschen soll.
Plato startet 2026
Beide Methoden finden vor allem Planeten, die eng um ihren Stern kreisen, weil es mehrere Perioden braucht, ehe man zuverlässig von einem Planeten ausgehen kann. Die für 2026 geplante ESA-Mission Plato soll länger hinschauen und so Planeten mit längeren Umlaufperioden finden. Plato ist mit 26 Kameras mit je 11 cm Öffnung ausgestattet, die je ein Himmelssegment drei bis vier Jahre lang beobachten können.
„Die Kameras reichen einzeln für die hellsten Sterne. Und für die schwächsten können wir die Kameras zusammenschalten“, sagt die für Plato verantwortliche Forscherin Heike Rauer.
Die Technologien, mit denen Forscher in Zukunft auf Planetensuche gehen, gehören zu den anspruchsvollsten Projekten der Raumfahrt. Die Herausforderung dabei: sich nicht blenden lassen. „Das fundamentale Problem liegt darin, dass Planeten erheblich viel lichtschwächer sind als Sterne“, sagt der Göttinger Astrophysiker Stefan Dreizler und nennt als Helligkeitsunterschied den Faktor 109.
Den Fokus „Exoplaneten“ lesen Sie im aktuellen e-Paper der VDI nachrichten.
