Exoplaneten: Entdeckung und Beobachtung

Es gibt eine Menge Planeten, die um Sterne kreisen, und theoretisch können solche Planeten bewohnbar sein. Aber gibt es wirklich Leben auf unbekannten, fernen Planeten?

Was ist ein Exoplanet? Die übliche Definition ist „ein erdähnlicher Planet“. So populär diese Definition auch sein mag, die eigentlich richtige Definition eines Exoplaneten ist „jeder Planet, der einen anderen Stern als die Sonne umkreist“.

Was ist ein Exoplanet?

Um als Planet zu gelten, muss ein Himmelskörper drei Kriterien einhalten. Zum einen muss er einen Stern umkreisen. Wenn es sich bei dem Stern nicht um unsere Sonne handelt, ist der Himmelskörper ein Expolanet. Wenn man sich aber unser Sonnensystem ansieht, merkt man, dass es mehrere Objekte gibt, die die Sonne umkreisen, etwa den Asteroidengürtel.

Das führt uns zum zweiten Kriterium: Die Masse des Planeten muss geringer sein als die eines Sterns, aber größer als die eines Asteroiden, so dass er massiv genug ist, von seiner eigenen Gravitation abgerundet zu werden. Das dritte Kriterium ist, dass es keine weiteren Himmelskörper in seinem Orbit geben darf. Dieses Kriterium ist auch der Grund, warum Pluto im Jahr 2006 seinen Rang als Planet verloren hat und nun als Zwergplanet bezeichnet wird.

Es gibt zahllose Sterne und man könnte meinen, dass es dadurch auch eine riesige Menge an Exoplaneten gäbe. Doch bisher kennt die Wissenschaft nur etwa 2.000. Die Forscher haben aber auch erst vor etwa 20 Jahren angefangen, sie zu beobachten.

Gleichzeitig kann man nur schwer sagen, wann Astronomen zum ersten Mal einen Exoplaneten entdeckt haben. Es könnte im Jahr 1995 gewesen sein, als die schweizerischen Wissenschaftler Mayor und Kelos bewiesen haben, dass ein Jupiter-ähnlicher Planet den Stern 51 Pegasi umkreist.

Die Suche nach Exoplaneten

Bei der Suche nach Exoplaneten wird oft die Bewegung eines Sterns beobachtetet. Es ist bekannt, dass ein Stern und ein Planet interagieren – genauer gesagt, dreht sich nicht nur der Planet, sondern das komplette Sternsystem um das gemeinsame Gravitationszentrum, das irgendwo nahe dem Kern des Sterns liegt.

So ein Planet ist zu klein, um dessen Parameter von der Erde oder von Satelliten in der Nähe der Erde aus zu untersuchen. Aber wir können das stellare Emissionsspektrum analysieren. Während sich der Stern bewegt, hat sein Spektrum eine so genannte Dopplerverschiebung. Wenn man diese über eine lange Zeit isoliert und misst, kann man die Rotationszeit eines Sterns berechnen. Und wenn man die Masse des Sterns geschätzt hat und seine Rotationszeit kennt, kann man die Masse des Planeten berechnen. Und schon hat man einen neuen Exoplaneten entdeckt! Und tatsächlich wurde die Hälfte der bekannten Exoplaneten mit dieser einfachen Methode entdeckt.

Es gibt eine zweite Methode, die noch einfacher zu sein scheint, in Wirklichkeit aber komplizierter ist. Sie basiert auf der Beobachtung des Schattens eines Planeten, der sich über die Sternscheibe bewegt. Wenn ein Teleskop an der angenommenen Orbitalebene des beobachteten Planeten ausgerichtet ist, bemerkt man früher oder später, dass der Schein des Sterns ein bisschen schwächer wird. Ein Effekt, der durch die Verdunkelung durch einen Planeten, der die Sternscheibe passiert, ausgelöst wird.

Diese Methode hat allerdings einige Nachteile. Zum einen wird der Schein nur um 0,0002 Prozent abgeschwächt, so dass man höchst präzise Instrumente benötigt, um das festzustellen. Zum anderen könnte der Stern Flecken haben, die für einen Planeten gehalten werden. Außerdem kann auch Weltraummüll den Schein des Sterns beeinflussen und damit die Forschungsergebnisse verfälschen.

Eine weitere Methode ist das so genannte Microlensing. Laut der Gravitationstheorie verzerren physikalische Körper den sie umgebenden Raum – je größer ein Himmelsobjekt, desto stärker die Verzerrung. Wenn nun ein großes Objekt zwischen Forscher und beobachtetem Objekt vorbeizieht, erlaubt die daraus resultierende Verzerrung, eine Verstärkung des Scheins des Forschungsobjekts festzustellen, die an einen Blitz erinnert.

Dieser Blitz kann nur gesehen werden, wenn der Schein des vorbeiziehenden Objekts schwach ist. Die Konditionen für diese Situation sind nur selten passend, so dass die Astronomen eine Vielzahl von Sternen gleichzeitig beobachten müssen und darauf warten, dass bei einem dieser Sterne so ein Blitz zu sehen ist. Diese Methode wurde durch die Erfindung der CCD-Matrix möglich, die auch in Ihrer Digitalkamera zu finden ist.

Es gibt mehrere Gründe, warum das Microlensing für Astronomen recht praktisch ist. Zum einen ist diese Methode am zuverlässigsten. Zum anderen muss das dafür verwendete Teleskop nicht an der Orbitalebene des Sterns ausgerichtet werden.

Eine weitere Entdeckungsmethode ist lustig, aber recht praktisch. Sie ermöglicht die Bestätigung der Präsenz eines Exoplaneten per Zeitmessung: Man beobachtet eine bestimmte, periodische Sternaktivität, bemerkt aber, dass der Zyklus aus irgendeinem Grund gestört ist. Und dieser Grund ist recht einfach: Es gibt dort einen weiteren Himmelskörper, der die Sternaktivität beeinflusst – wahrscheinlich ein Exoplanet. Eine bequeme Möglichkeit, Exoplaneten zu entdecken, die um Doppelsterne oder Pulsare kreisen, die sehr regelmäßige und beobachtbare Zyklen bieten.

Es gibt noch einige andere Methoden, mit denen Exoplaneten entdeckt werden können, die aber nicht so häufig zum Einsatz kommen. So können Exoplaneten auch über die Messung der genauen Sternposition oder der direkten Beobachtung eines planetenähnlichen Objekts auf den Bildern von Teleskopen entdeckt werden.

Warum sind Exoplaneten für uns interessant?

Es gibt zwei Hauptgründe, warum Exoplaneten für uns interessant sind. Zum einen haben der Weltraum und seine Rätsel die Menschen immer schon fasziniert, zum anderen haben Menschen den technologischen Fortschritt immer schon verwendet, um mehr über die Objekte am Himmel zu lernen. Das war so mit den Sternen und mit unserem Universum, und das ist auch so mit Planeten.

Die Menschen wollen immer schon wissen, ob es Leben außerhalb der Erde gibt. Exoplaneten sind dabei die üblichen Verdächtigen. Jede Entdeckung eines Exoplaneten in der „bewohnbaren Zone“ eines Sterns macht Schlagzeilen, und das ist wahrscheinlich der Grund, warum viele Menschen Exoplaneten als „erdähnliche Planeten“ bezeichnen. Die bewohnbare Zone ist die Region des Weltraums um einen Stern herum, die weder zu kalt, noch zu heiß ist, so dass organische Lebensformen, die flüssiges Wasser benötigen, darauf leben können.

Diese nicht zu kalte, nicht zu heiße Zone fällt in einen bestimmten Abstand eines Exoplaneten zu seinem Stern. Indem man das Reflektionsspektrum eines Exoplaneten analysiert, kann man einschätzen, ob auf einem Planeten flüssiges Wasser zu finden ist. Leider erlaubt uns die moderne Technologie nur ungefähre Einschätzungen, die auf bestimmten planetarischen Parametern basieren.

So entdeckte vor kurzem das Kepler-Teleskop einen Exoplaneten zwischen den Sternbildern Schwan und Waage, der den Namen Kepler 452b bekam und von den Medien sofort als „neue Erde“ bezeichnet wurde.

Kepler-452b umkreist einen Stern, der nur 20 Prozent schwerer ist als unsere Sonne. Seine Umlaufdauer beträgt 385 Tage und seine Flugbahn gleicht der Erde. Kepler-452b besitzt eine harte Oberfläche und seine Masse liegt bei mehr als 60 Prozent der Masse der Erde. Er ist also ein Planet, der der Erde sehr ähnelt.

Allerdings gibt es eine schlechte Nachricht: Er ist 1.400 Lichtjahre von uns entfernt. Um das vergleichen zu können: Der erdnächste Stern (abgesehen von der Sonne) ist nur 4,2 Lichtjahre entfernt. Aber es wäre dennoch faszinierend, herauszufinden, ob Kepler-452b bewohnbar ist. Was, wenn er das wirklich ist?

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