Exoplaneten - Was man über die fernen Welten wissen muss

Exoplanten

Exoplaneten sind in letzter Zeit ein spannendes Thema. Aber wo kann man die nächsten von ihnen finden und wie kann man sie identifizieren? Diesen und weiteren Fragen gehen wir heute auf den Grund.

Was sind Exoplaneten?

Exoplaneten (auch extrasolare Planeten genannt) sind Planeten, die nicht unsere Sonne, sondern andere Sterne außerhalb unseres Sonnensystems umkreisen.

Diese Planeten sind nicht leicht zu entdecken – der Grund liegt auf der Hand: Sie leuchten nicht selbst, sondern werden von ihrem Hauptstern beleuchtet. Exoplaneten sind viel kleiner und dunkler als der Stern, um den sie sich bewegen. Sie werden daher also sehr leicht überstrahlt von ihrem hellen Hauptstern.

Kann man extrasolare Planeten sehen?

Wie entdeckt man denn nun Exoplaneten überhaupt?

Zwar ist die Identifizierung der Exoplaneten nach wie vor schwierig, da sie vergleichsweise dunkel und sehr weit entfernt sind.

Jedoch gibt es Möglichkeiten mit der Digitalfotografie, den hellen Stern, um den sie sich bewegen, auszublenden. Übrig bleiben schließlich Lichtpunkte neben dem Stern – die Exoplaneten. Diese Methode ist jedoch nicht die, die am häufigsten angewendet wurde.

Die häufigste Methode, die zum Erfolg der Entdeckung geführt hat, ist bislang die Transitmethode. Dabei handelt es sich um ein Verfahren, bei dem der Planet nicht direkt betrachtet wird. Stattdessen wird eine unterschiedliche Helligkeit nachgewiesen. Dann, wenn man in einer Ebene zum Exoplanet und dem Stern beobachtet, befindet sich der extrasolare Planet irgendwann vor dem Stern. Es wird also in diesem Zeitraum zwangsläufig ein Helligkeitsabfall nachgewiesen. 

Neben diesen Methoden gibt es noch weitere, etwa die Radialgeschwindigkeitsmethode.

Diese Transitmethode hat man beim Satelliten Kepler ausgenutzt, der für einige Jahre im Weltall war und ein kleines Stück Himmelsausschnitt im Schwan immer wieder abgescannt hat. Kepler hat alle möglichen Sterne in dieser Region gemessen und auf die günstige Gelegenheit gewartet, bei der wie oben beschrieben, die Helligkeit des Sterns abfällt. Auf diese Weise hat Kepler 2327 bestätigte Planeten-Entdeckungen erreichen können.

In dieser Liste finden sich auch Planeten wieder, die in einer lebensfreundlichen Zone liegen – einige so groß wie Jupiter, andere wie die Erde.

Laut NASA Exoplaneten Archiv kennt man inzwischen rund 3.800 extrasolare Planeten (Stand: Ende August 2018).

Wo ist der nächste Exoplanet?

Unser nächst gelegener Stern, Proxima Centauri, ist rund 4,24 Lichtjahre von uns entfernt und hat mit ziemlicher Sicherheit einen Planeten, der ihn umkreist. Der Planetenkandidat Proxima Centauri b misst das 1,3-fache der Erdmasse und umkreist den Stern alle 11 Tage. Man nimmt außerdem an, dass es sich dabei um einen Gesteinsplaneten handeln muss, der Wasser in flüssiger Form zulässt. 

Das Problem besteht darin, dass Proxima Centauri ganz anders ist als unsere Sonne. Dieser Stern zeichnet sich scheinbar durch häufige, fackelähnliche Ausbrüche aus, die wiederum Zweifel daran lassen, ob Leben bzw. die Entwicklung von Leben möglich ist.

Würden Sie einen Flug mit der Voyager 1 Sonde unternehmen, die etwa 62.000 km/h schafft, bräuchten Sie leider immer noch rund 76.000 Jahre bis zu diesem Exoplaneten! 

Der zweitnächste, erdähnliche Exoplanet ist übrigens „Ross 128 b“ – auch auf diesem könnte Leben möglich sein. Forscher der ESO entdeckten den Exoplaneten in der Umlaufbahn des inaktiven roten Zwergsterns Ross 128, der rund 11 Lichtjahre von uns entfernt ist. 

Somit können wir Ross 128 b als zweiten Exoplaneten, auf dem eine gemäßigte Oberflächentemperatur herrscht, der Liste von vielleicht vielen zukünftigen, erdähnlichen Planeten hinzufügen.  

Wann wurde der erste Exoplanet entdeckt?

Der erste Exoplanet wurde bereits am 6. Oktober 1995 entdeckt. Die Schweizer Astronomen Didier Queloz und Michael Mayor gaben damals die Entdeckung des ersten extrasolaren Planeten außerhalb unseres Sonnensystems bekannt. 

In 45 Lichtjahren Entfernung kreist der Gasriese um den Stern „51 Pegasi“. Er weist die Hälfte der Masse von Jupiter auf, wobei eine Umrundung um seinen Stern 4,23 Erdentage dauert.

Dabei umkreist der Gasriese den Stern jedoch recht nahe – viel näher noch als Merkur unsere Sonne umrundet. Den Hinweis gab auch hier der Rythmus: Wenn die Lichtschwankungen alle 4,23 Tage auftreten, so muss die Erklärung in der Umrundung durch den Planeten liegen.

Es gab jedoch auch einen Streit um die Entdeckung: So sagte David Gray, ein Astrophysiker aus Kanada: „Das Vorhandensein eines Planeten ist nicht erforderlich, um die Daten zu erklären“. Nach Gray sei das Phänomen vielmehr durch Änderungen in der Atmosphäre des Sterns, nicht aber etwa auf einen Gravitationseinfluss des Planeten zurückzuführen.

Daraufhin legten Mayor und Queloz eine Studie vor, durch die die Schwingung durch den Stern nicht anders gedeutet werden könne, als ein Störeffekt von einem sehr nahen, großen Planeten. Sie verwiesen außerdem darauf, dass 51 Pegasi nicht die nötigen Helligkeitsschwankung aufwies, die durch die Oszillationen, die Gray vorschlug, entstanden wären. 

Gibt es eine zweite Erde?

Keplers Liste der Planeten der Habitablen Zone
Weltraumteleskop Kepler entdeckte Planeten innerhalb der habitablen Zone ihres Sterns.

Eine neue Erde zu entdecken ist natürlich eine interessante Herausforderung für Astronomen, die auf der Jagd nach neuen Planeten sind.

Dazu muss man bedenken, dass die Liste der bisherigen bewohnbaren Planeten recht kurz ist (Stand Ende August 2018).

Selbst in einer sehr optimistischen Variante sind es lediglich 41 Planeten, von denen zurzeit jedoch nur 7 unbestätigt sind.

In der „optimistischen Liste“ finden sich demnach auch Planeten wieder, die aller Wahrscheinlichkeit nach gar keine Gesteinsplaneten (erdähnliche Himmelskörper) sind.

Das liegt vor allem daran, dass diese Wackelkandidaten einen zu hohen Erdradius aufweisen (höher als 1,5 Erdradien) oder mit ihrer Masse (höher als 5 Erdmassen) wahrscheinlich keine Gesteinsplaneten sein können.

Die konservative Auslegung dieser Liste von potentiell bewohnbaren Exoplaneten beinhaltet demnach extrasolare Planeten mit weniger als 5 Erdmassen und Erdradien von 1,5 und weniger. Diese Liste umfasst zurzeit 14 Planeten, auf dem theoretisch Leben möglich ist und aus der eine zweite Erde identifiziert werden könnte.  

Eine zweite Erde im Planetensystem Trappist-1?

Im Frühjahr2016 meldeten belgische Himmelsforscher der Universität Lüttich, dass sie  ein sehr erstaunliches Planetensystem gefunden hätten.

Zunächst einmal entdeckten die belgischen Forscher mithilfe des Teleskops namens TRAPPIST, das sich am La Silla-Observatoriums in der Europäischen Südsternwarte in Chile (ESO) befindet, den Zwergstern Trappist-1. Das realisierten sie übrigens mit einer Fernsteuerung, mit der sie das Teleskop TRAPPIST in Lüttich bedienen konnten.

Wenn Sie eine Reise zu dem weit entfernten System machen möchten, finden Sie es übrigens im Sternbild Wassermann. Die Entfernung zu TRAPPIST-1 beträgt in etwa 39 Lichtjahre.

Trappist-1 ist demnach ein sehr kühler roter Zwergstern. Er weist nur rund acht Prozent unserer Sonnenmasse auf. Aufgrund seiner geringen Größe (etwas größer als unser Planet Jupiter) und der damit verbundenen Lichtschwäche war er schwer zu entdecken. Mit bloßem Auge oder einem Amateur-Spiegel- oder Linsenteleskop kann man den Stern nicht sehen.

Der Fund des Planetensystems sei so besonders, weil so viele Planeten gefunden werden konnten und diese auch noch von der Größe her der Erde ähneln.

Bei Folgebeobachtungen mit dem Spitzer-Weltraumteleskop der NASA und mehreren Boden-Teleskopen entdeckten die belgischen Forscher insgesamt sechs mutmaßliche Gesteinsplaneten. Sie heißen übrigens TRAPPIST-1b, c, d, e, f, g und h.

Das Besondere an einem solchen Zwergstern-System ist, dass die Planeten eine sehr enge Umlaufbahn um ihren Stern aufweisen. Außerdem war es das erste Zwergstern-System dieser Art, das man entdeckt hat. Alle sieben Planeten liegen in einem sehr engen Orbit um den Stern TRAPPIST-1, der Abstand ist vergleichbar mit der Umlaufbahn von Merkur um unsere Sonne (rund 58 Millionen km).

Daraus ergeben sich Umlaufzeiten, die gerade einmal maximal zwölf Tage betragen. TRAPPIST-1b hat dabei 1,6 Millionen km Abstand. TRAPPIST-1h etwa neun Millionen km Distanz. Sie können die Orbits der Planeten um ihren Stern übrigens in etwa vergleichen mit den vier großen galileischen Jupitermonden – diese Orbits sind etwa genauso groß. Die Umlaufzeiten reichen dementsprechend von 1,51 Tagen für TRAPPIST-1b bis hin zu 12,35 Tagen für TRAPPIST-1g.

Man vermutet, dass die Planeten weiter außen entstanden sein müssen und später nach innen wanderten, wo sie schließlich ihre derzeitige Position eingenommen haben. Man spricht in dem Fall auch von „Resonanz“, die Umlaufzeiten von den sechs inneren Planeten stehen also in einem bestimmten Verhältnis (5:3 oder 3:2). Die Chance auf eine niedrige Dichte und flüchtigen Elementen steht gut.

Das bedeutet, Wasser kann in flüssiger Form existieren, da die Oberflächentemperatur zwischen 0 und 100 Grad Celsius liegen müsste. Wasser ist bekanntermaßen die wichtigste Voraussetzung für die Entstehung von Leben.

Eine „zweite Erde“ in dem System TRAPPIST-1 ist also theoretisch möglich. TRAPPIST-1 hält nämlich zurzeit den Rekord, was die Anzahl an erdgroßen Planeten als auch die Zahl der Trabanten, auf denen flüssiges Wasser vorkommen kann, angeht.

TRAPPIST-1b, c und d sind jedoch zu heiß für flüssiges Wasser auf der Oberfläche. Auf TRAPPIST-1e, f und g allerdings ist Leben durchaus möglich, während TRAPPIST-1h zu kalt für flüssiges Wasser zu sein scheint.

TRAPPIST-1b, c und d fehlt auch die Eigenrotation. TRAPPIST-b und c rotieren außerdem gebunden. Auf Planeten mit gebundener Rotation bremst die Schwerkraft die Eigendrehung, sodass diese dem Stern immer dieselbe Seite zuwenden – mit einer kalten und einer sehr heißen Planetenhälfte als Folge. Das bedingt jedoch einen Druck- und Temperaturausgleich, der zu starken, lebensfeindlichen Winden führt.

Somit bleiben eigentlich nur TRAPPIST-1e, f und g, auf denen Leben möglich sein kann. Unsere zweite Erde zu entdecken beschränkt sich zumindest bei TRAPPIST-1 also auf diese drei Planeten, e, f und g.

Die Suche nach Atmosphären bei den TRAPPIST-1 Planeten ist bereits im Gange – nämlich mit dem Hubble-Weltraumteleskop. 

Die kommende Generation von Spiegelteleskopen, wie etwa das Extremely Large Telescope ELT, wird es vielleicht bald möglich machen, nach Wasser und Beweisen für Leben auf diesen Exoplaneten zu suchen.

© AstronomieFans
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