Auf der Jagd nach einer zweiten Erde

DAS THEMA
Samstag, 22. August 2015
Seite 7
Auf der Jagd nach einer zweiten Erde
Gibt es außer unserem Sonnensystem und dem Planeten Erde noch andere Planetensysteme im All? Seit
1995 der erste sogenannte Exoplanet entdeckt wurde,
zählt Exoplanetensuche und –forschung zu den Spitzenthemen der Astronomie. Doch die Jagd nach Planeten bei anderen Sternen ist nicht einfach.
Von Bernhard Mackowiak
Frankfurt. Sein Name ist Kepler-452b. Das heißt, er ist der
452-zigste Mutterstern, der vom Nasa-Satellitenobservatorium Kepler
untersucht wurde, und bei dem ein
Exoplanet (gekennzeichnet mit
dem Kleinbuchstaben „b“) entdeckt wurde. Ein Exoplanet ist ein
Planet, der um eine andere als unsere Sonne kreist.
Kepler-452b ist nur einer von bisher 1942 Exoplaneten, die in 1228
Sonnensystemen beheimatet sind
(Stand 7. August 2015). Unter diesen befinden sich wieder 486 Sonnensysteme, in denen zwei bis sieben Exoplaneten (c bis i) ihren
Zentralstern umlaufen. Dazu kommen über 2000 Planetenkandidaten. Aber der 1400 Lichtjahre von
der Erde entfernte Exoplanet im
Sternbild Schwan weist besondere
physikalische Eigenschaften auf. Sie
machen Kepler-452b nicht nur für
die Astronomen zu einem hoch interessanten Objekt, sondern auch
für die Öffentlichkeit faszinierend –
dank der PR-Arbeit der Nasa.
Und das ist seine Erdähnlichkeit:
So beträgt der Durchmesser von
Kepler-452b das 1,63fache der Erde,
nämlich rund 21 000 Kilometer. Er
umrundet sein Zentralgestirn, das
vom Alter und Spektraltyp unserer
Sonne sehr ähnlich ist (vier Prozent
mehr Masse, 10 bis 20 Prozent heller, Spektraltyp G2, aber rund anderthalb Milliarden Jahre älter) einmal in 384,8 Tagen; und sein mittlerer Abstand ist mit dem 1,05-Fachen der Distanz Erde-Sonne nur
fünf Prozent größer als der unseres
Heimatplaneten (Erde-Sonne: rund
150 Millionen Kilometer).
Die habitable Zone
Damit liegt Kepler-452b in der habitablen Zone. Das ist der Abstandsbereich, in dem die Temperaturen so liegen, dass – eine Atmosphäre vorausgesetzt – flüssiges
Wasser existieren kann. Und Wasser
ist das Elixier des Lebens.
Wurde also eine Erde 2.0 gefunden? Die Entdecker, das Forscherteams um Jon M. Jenkins vom „Nasa Ames Research Center“ in Kalifornien, geben sich sehr vorsichtig:
Sie sprechen nur von einem „größeren und älteren Vetter der Erde“.
Warum? Dr. Eike Guenther von der
Thüringer Landessternwarte in Tautenburg: „Bisher kennen wir nur
den Radius des Planeten. Wir wissen nicht, woraus er besteht oder
ob er eine Atmosphäre hat. Und
wenn er eine hat, wie ihre Zusammensetzung aussieht.“
So haben die Tautenburger Exoplanetenforscher vor einigen Jahren
einen Planeten entdeckt, der fast
den gleichen Durchmesser wie
Kepler-452b hat. Er heißt CoRoT-7b
und hat einen viel kleineren Abstand von seinem Mutterstern als
Kepler-452b. „Bei CoRoT-7b konnten wir die Masse und auch die
Dichte bestimmen; und es zeigte
sich, dass es wirklich ein Gesteinsplanet ist“, so Guenther. „Auf der
anderen Seite kennen wir Planeten,
die nur ein bisschen größer sind als
Kepler-452b. Doch die haben eine
so geringe Dichte, dass es sich eher
um Gasplaneten mit Gesteinskern
handelt. Also: Ohne eine Massenbestimmung lässt sich nicht sehr
viel sagen.“
Tautenburg ist eines jener Observatorien und Institute, die sich der
Exoplanetenforschung verschrieben
haben, und dazu international mit
anderen eng zusammenarbeiten.
Ihr Ziel: das Auffinden eines Planeten, dessen Bedingungen für die
Entwicklung von Leben günstig
sind; der vielleicht sogar von einer
intelligenten Spezies bewohnt wird
– bleibt doch immer die fundamentale Frage: Sind wir allein im
Weltall?
Die Exoplaneten liegen nicht
Millionen, sondern Billionen Kilometer von uns entfernt. Um sie
„handhabbar“ anzugeben, benutzen die Astronomen das sogenannte Lichtjahr. Es ist jene Strecke, die
das Licht bei einer Geschwindigkeit von 300 000 Kilometer pro Sekunde in einem Jahr zurücklegt:
9,5 Billionen Kilometer.
Und der als „nächster Exoplanet“
bezeichnete Kepler-452b steht in einer Distanz von 1400 Lichtjahren
von der Erde entfernt. „Wir können
froh sein, wenn wir einen Planeten
durch seine Bewegung nachweisen
können und später Schlussfolgerungen über grundlegende physikalische Eigenschaften erhalten: Masse, Radius, Abstand von seinem
Mutterstern, Umlaufszeit sowie die
Existenz einer wie auch immer gearteten Atmosphäre.“, sagt der
Fachmann.
Winziges Glühwürmchen
Denn: Planeten sind im Vergleich
zu ihrem Mutterstern winzige Objekte. Wie jeder Planet oder Mond
leuchten sie nur im reflektierten
Sonnenlicht und werden somit
vom Mutterstern überstrahlt. „Es
ist, als wenn Sie versuchten, aus
mehreren Kilometern Abstand ein
Glühwürmchen
neben
einem
Scheinwerfer zu erkennen oder den
Kopf einer Stecknadel, die den
Lichtkegel eines Filmscheinwerfers
quert.“, sagt Guenther. „Wir können
den Exoplaneten nur durch seine
Bewegung um seinen Stern aufspüren – am besten wenn er dessen
helle Scheibe passiert. In diesem
Fall sprechen wir von einem ,Transit‘. Nach einem solchen Ereignis
suchen wir – auch wenn es sich
Lichtjahre entfernt von uns abspielt
und wir den Transitplaneten selbst
nicht sehen können.“
In unserem Sonnensystem ist das
jedoch möglich: bei einer totalen
Sonnenfinsternis. Hier bedeckt der
dunkle Neumond die Sonnenscheibe für wenige Minuten vollständig.
Ähnliches geschieht, wenn die Planeten Merkur und Venus an der
Sonnenscheibe vorüberziehen, wobei sie als dunkle Punkte zu erkennen sind. Das war beispielsweise
für Merkur am 7. Mai 2003 der Fall
und für die Venus am 6. Juni 2012.
Transit im Licht
Dabei kommt es durch die beiden
vorüberziehenden Planeten zu einem geringen Helligkeitsabfall des
Muttersterns, den man messen
kann. „Im Gegensatz zu den Transitereignissen im Sonnensystem
können wir bei einem Exoplanetentransit den vorüberziehenden
Körper nicht direkt sehen. Wir sehen nur, dass die Helligkeit des
Sterns für einige Stunden abnimmt.“, sagt Guenther. „Hinzukommt, dass wir Transits leider nur
bei solchen Systemen beobachten
Das Nasa-Weltraumteleskop „Kepler“ hat mehr als 700 Planeten bei anderen Sternen entdeckt. Es ist der umfangreichste Planetenfund der Geschichte. Eine echte zweite Erde war bislang
nicht darunter, aber jede Menge erdähnliche Planeten.
Foto: dpa
können, die wir von der Kante her
sehen. Aber diese haben den großen Vorteil, dass wir den Radius
und im Prinzip auch die Masse bestimmen können. Damit lässt sich
die Dichte errechnen; und wir wissen sofort, ob dies ein Gesteinsplanet wie die Erde oder ein Gasplanet
wie der Jupiter ist.“
Es gibt auch schon direkte Aufnahmen von Exoplaneten. Aber
dort ist der Planet nur als kleiner
Punkt neben seiner Sonne zu sehen. „Bis wir Fotos von der Qualität
wie die der Planeten in unserem
Sonnensystem haben, wird noch
viel Zeit ins Land gehen.“
300 Milliarden Sonnen
Doch wie findet man einen Stern
mit möglichen Exoplaneten? Immerhin besitzt unsere Milchstraße
zwischen 100 und 300 Milliarden
Sonnen. Es werden ganz bestimmte
Sternentypen ausgesucht und zwar
jene, die von ihren Eigenschaften
(Alter, Dimensionen, Temperatur)
unserer Sonne ähneln. Es sind Sterne des Spektraltyps G, die gelb
leuchten, und die des Typs M, die
rotes Licht ausstrahlen.
Das abgestrahlte Licht dieser
Gelben und Roten Zwerge wird
mit hoch empfindlichen Messinstrumenten (Photometern) untersucht und dann mit der Lichthelligkeit anderer Sterne verglichen. Diese sogenannte Transitmethode wird
am häufigsten bei der Exoplanetenjagd eingesetzt. Mit ihr arbeitete
auch der Satellit Kepler, dessen Daten längst noch nicht alle ausgewertet sind, wie die Entdeckung des
Planeten Kepler-452b zeigt.
Die Exoplanetenjäger der Sternwarte Tautenburg verwenden dagegen die sogenannte Radialgeschwindigkeitsmethode.
Hierbei
wird das Licht des ExoplanetenMuttersterns in seine farbigen Bestandteile zerlegt, und es werden
die dort auftretenden dunklen Lini-
en (Fraunhofer’sche Absorptionslinien) untersucht. Dann wird ihre
Verschiebung gemessen, wie Eike
Guenther erklärt: „Wir sagen zwar
immer, dass ein Planet um einen
Stern kreist, aber in Wirklichkeit
bewegen sich beide um den gemeinsamen Schwerpunkt. Indem
wir die Bewegung eines Sterns
durch die Beobachtung seiner Absorptionslinien auf uns zu und von
uns weg bestimmen, können wir
die Masse des Planeten eingrenzen.
Für Planeten mit Transits können
wir sie genau messen. Durch Kombination der Transitbeobachtungen
und Messung der Radialgeschwindigkeit erhalten wir die Dichte der
Planeten und können sagen, woraus der Planet besteht.“
Wir beobachten das All
Die Radialgeschwindigkeitsmethode war es übrigens, mit der die beiden Schweizer Astronomen Michael Mayor (*1942) und Didier Queloz (*1966) den ersten Exoplaneten
namens 51 Pegasi b zweifelsfrei
nachwiesen und im Oktober 1995
bekanntgaben. Es ist eine jupiterähnliche Welt mit der 150fachen
Masse der Erde. Seitdem werden
die Welten fern unseres Sonnensystems ständig mit erd- und weltraumgestützten Teleskopen „detektiert“, wie der Fachmann sagt.
Gut ein Jahr brauchten die beiden Entdecker, um sicher zu sein,
dass der ausgewählte Stern von einem Planeten begleitet wird. Nicht
immer erlaubt das Wetter eine kontinuierliche Beobachtung.
Und dann gilt es auch Fehlerquellen
auszuschalten.
Denn
Schwankungen der Helligkeit bei
einem Stern könnten auch durch
den Umlauf eines lichtschwächeren
Begleiters verursacht werden. Immerhin sind mehr als die Hälfte aller Sterne, die wir beobachten, verborgene Doppel- oder Mehrfachsterne. Dazu Dr. Guenther: „Haben
wir die Masse des bedeckenden Objektes bestimmt, so können wir sofort sagen, ob dieses Objekt ein
Stern oder ein Planet ist. Sterne haben mehr als die 80-fache Masse
des Jupiters – und der bringt es auf
rund 318-fache Erdmassen.“
Riesen zuerst
So wurden denn zuerst Planeten
entdeckt, die erheblich größer sind
als die Erde – lassen sie sich doch
viel leichter aufspüren. Das zeigt
INTERVIEW
sich auch in den Datensammlungen der in den letzten zwanzig Jahren entdeckten Exoplaneten. Allerdings: Ein Zwilling unseres Heimatplaneten findet sich bisher darin nicht.
„Das wird sich solange nicht ändern, bis es gelingt, von einem erdähnlichen Planeten wenigstens die
Masse und den Radius bestimmt zu
haben, und ob er in der habitablen
Zone kreist. Dies ist das Ziel der
Esa-Satellitenmission Plato (Plane-
tary Transits and Oscillation of
stars), die im Jahre 2024 starten
wird“, lautet Eike Guenthers Fazit.
„Bisher hat man nur das eine oder
das andere – und das ist ein bisschen zu dünn. Die Suche nach Erde
2.0 bleibt weiterhin spannend.“
Dazu auch: Bernhard Mackowiak, „Die
Erforschung der Exoplaneten – Auf
der Suche nach den Schwesterwelten
des Sonnensystems“, Stuttgart 2015,
176 Seiten, 24,99 Euro.
„Man findet nicht plötzlich einen Planeten. . .“
Bernhard Mackowiak sprach mit und 10-Meter-Riesenteleskope notwenDr. Eike Guenther von der Thürin- dig sind.
ger Landessternwarte Tautenburg GUENTHER: Man muss natürlich
über die Bedingungen und Instru- die Teleskope hier im Inland für
mente für die Exoplanetenfor- die Dinge einsetzen, die man hier
schung.
gut machen kann. Wir betreiben
Exoplaneten waren lange Thema der sehr viel RadialgeschwindigkeitsScience-Fiction. Seit 1995 sind sie es messungen; und für die braucht
auch für die Forschung. Was machen man keine optimalen SichtbedinSie anders?
gungen und Riesenteleskope wie
auf dem Paranal in ChiEIKE GUENTHER:
le
oder Mauna Kea auf
Die Science-Fiction
Hawaii.
schafft ja in Gedanken Welten aufgrund
Wichtiger ist, sehr viel
der jeweiligen wissenBeobachtungszeit zu haschaftlichen Erkenntben. An einem richtig
nisse ihrer Zeit und
großen Teleskop bekomsiedelt dort die Handmen Sie das nicht. Salung an. Wir dagegen
gen wir es so: Die kleimüssen uns mit Beneren 2- bis 4-Meter-Teobachtungen
und
leskope – das sind die
Messungen
begnü- Dr. Eike Guenther
Suchgeräte. Haben wir
gen, die wir interpreeine Entdeckung getieren. Dabei versumacht, so verwenden
chen wir natürlich, persönliche wir die größeren Teleskope, um dieVorlieben auszuklammern, und nur se Planeten im Detail zu untersubasierend auf den an den Telesko- chen. Nur mit solch einem Telepen gewonnenen Daten und Er- skop wie das zukünftige E-ELT wird
kenntnissen zu argumentieren. es möglich sein, herauszufinden, ob
Und das ist nicht weniger span- es unter den vielen Exoplaneten
nend.
auch welche gibt, die wirklich erdähnlich
sind, oder ob sie alle ganz
Allgemein herrscht ja die Vorstellung,
anders
sind.
dass für die Exoplanetensuche und -erforschung optimale Sichtbedingungen
Ist Exoplanetenforschung wie eine Tat-
ortuntersuchung?
GUENTHER: Man trägt langsam
die Beweise zusammen. Was wir
noch nicht können, sind Detailfotos extrasolarer Planeten zu machen. Und was bei uns eben ganz
interessant ist:
Man findet nicht plötzlich einen
Planeten, sondern hat die ersten
Hinweise dafür und dagegen über
einen längeren Zeitraum gesammelt. Das können durchaus mehrere Jahre sein, bevor man einen vermeintlichen Exoplaneten wirklich
dingfest gemacht hat.
Was erwarten Sie von der Exoplanetenforschung der Zukunft?
GUENTHER: Normalerweise sagt
man von den kommenden Superteleskopen und Exoplaneten-FinderSatelliten, dass ihr Zweck die Detektion der zweiten Erde sei. Dabei
gilt unser Sonnensystem immer
noch als Maßstab.
Wir haben bei der Exoplanetenforschung gelernt, dass das nicht der
Fall ist. Für mich ist es gar nicht
mal so spannend, wann wir die
zweite Erde finden, sondern herauszubekommen, ob unser Sonnensystem, wie wir es kennen, mehr oder
weniger typisch ist oder eine seltene exotische Ausnahme. bma
Zeitverschiebung in Nordkorea lässt Gesichtszüge einfrieren
Wer hat an der Uhr gedreht? Ist es
wirklich schon so spät? Diese bewegenden Fragen werden dem großen
Philosophen Paulchen Panther zugeschrieben. Und sie stellten sich
nie drängender als im August 2015.
So hat Nordkorea, Vorreiter in
der kreativen Diktatur-Branche, seine Uhren eine halbe Stunde zurückgestellt – angeblich um die
Spuren japanischer Besatzung zu
tilgen. Das ist einfallsreicher als das
ständige Abschaffen und Wiedereinführen der Winterzeit in Russland. Und es kann, mit etwas Phantasie, auch der Deutschen Bahn helfen. Denn ein Zug, der hier eine
halbe Stunde zu spät kommt, wäre
in Nordkorea noch pünktlich.
Bei RTL musste es gleich ein halbes Jahr Zeitverschiebung sein.
Schließlich hat der Sender beim
Sommerdschungel schon jetzt alte
Kandidaten für den Winter von der
Straße geholt und sie um einen
Pias Potpourri
Ein satirischer
Monatsrückblick
von Pia Rolfs
Platz an der Spinne kämpfen lassen. Allerdings war das Betrachten
seltsam starrer Gesichter, in denen
frühere Teilnehmer erkannt werden
mussten, eine zu schwierige Ekel-
Prüfung für den Zuschauer. Aber
vermutlich war es gar kein Lifting,
sondern die Zeitverschiebung in
Nordkorea, die die Gesichtszüge
von Costa Cordalis oder Brigitte
Nielsen für immer einfrieren ließ.
Interessanter war da das politische Sommer-Sumpfcamp in Berlin. Hier musste Generalbundesanwalt Harald Range vorzeitig das
Camp verlassen, weil Justizminister
Heiko Maas mehr Zuschauerstimmen bekommen hatte – oder so
ähnlich. Gescheitert war Range an
der Frage: Ist es Landesverrat, wenn
Journalisten Informationen auf
netzpolitik.org veröffentlichen? Ist
ja auch nicht einfach. Und vielleicht wollte er ebenfalls mal eigenständig die Zeit zurückdrehen – auf
das Jahr 1962 mit der journalistenfeindlichen „Spiegel-Affäre“.
Eine Überleitung von „Affäre“
zur Trennung von Gwen Stefani
und Gavin Rossdale ist undenkbar. Niemand weiß ja, warum ihre
Ehe nach 13 Jahren in die Brüche
ging. Immerhin ein Trost: In
ScheidungshochDeutschlands
burg Emden hätte sie gar nicht so
lange gehalten. Das widerlegt das
Vorurteil, dass Ostfriesen langsam
sind. Denn wenn sie erst begriffen
haben, dass sie verheiratet sind, lassen sie sich sofort wieder scheiden.
Dabei würden manche Norddeutsche gern die Zeit zurückdrehen –
und den einzigen Satz, den sie in
jahrelanger Ehe gesagt haben, wieder ungeschehen machen.
Aber das menschliche Miteinander bleibt schwierig, auch unter
Kollegen. So wurde eine betrunkene lettische Crew von Air Baltic
in Oslo am Abflug gehindert. Dabei ist Trunkenheit nur ein falscher
Zeitabstand zwischen Saufen und
Ins-Röhrchen-Pusten. Ein Mitglied
der Kabinenbesatzung jedoch hatte
keinen auffälligen Promille-Wert.
Das wirft kein gutes Licht auf das
Arbeitsklima. Wenn nämlich einer
nicht mittrinken durfte, war das
vielleicht schon Mobbing.
Wie tröstlich, dass in dieser bösen Welt mit Flüchtlingsdramen
und Explosionen wenigstens Bundeskanzlerin Angela Merkel weiterhin über uns wacht. Sie will
2017 wieder als Kanzlerkandidatin
antreten, mutet uns keine Veränderungen zu und ist trotzdem mit jeder Entscheidung ihrer Zeit voraus.
Allerdings nur dann, wenn sie vorher ihre Uhr eine halbe Stunde zurückgestellt hat.
Wer in diesem Gesicht keine Mimik erkennt: Das ist Freude! Brigitte Nielsen siegte im RTL-Sommerdschungel.
Foto: © RTL / Stefan Gregorowius