Exoplaneten

Von Michel Gravereau.
Sind wir allein im Universum? Gibt es Leben anderswo? Und wo?
Dies sind die ewigen Fragen der Menschheit, auf die sie keine endgültigen Antworten findet. Doch es mangelt nicht an Suche.

Die moderne Zeit hat uns Instrumente an die Hand gegeben, mit denen wir unsere Weltraumumgebung besser verstehen können: Raumsonden sind vor Ort, während bodengebundene Teleskope, den Einschränkungen der Erdatmosphäre unterliegen, uns einen präziseren Blick verwehren.
Obwohl wir bestimmte Gebiete auf dem Mond immer noch als „Meere“ bezeichnen, wissen wir längst, dass es dort kein Wasser gibt, genauso wenig wie auf dem Mars, wo einst so viel Wasser floss. Wohin ist es verschwunden?

Auf unserer Suche nach außerirdischem Leben haben wir die verschiedenen Planeten des Sonnensystems, wenn nicht besucht, so doch zumindest sehr nahe angenähert, und wir müssen zugeben, dass wir nichts vorzuweisen haben. So richteten wir mit hochentwickelten Technologien unseren Blick woanders hin: zu den Sternen. Denn obwohl Astronomen von ihrer Existenz überzeugt waren, fehlte ihnen der Beweis. Wie konnten sie nur annehmen, dass nur unsere Sonne eine ganze Reihe von Planeten vorweisen könnte, während die anderen Sterne leer ausgingen? Das hätte eine ungeheure Anmaßung erfordert.

Mit neuen Techniken begannen sie also, die Sterne anders zu betrachten und entdeckten schließlich weitere Planeten: Exoplaneten. Vor 31 Jahren entdeckten der Schweizer Astronom Michel Mayor und der französische Astronom Didier Queloz am Observatorium Haute-Provence (OHP) den ersten Exoplaneten im Sternbild Pegasus, 51 Pegasi b. Sie beobachteten ihn nicht direkt, sondern leiteten seine Existenz durch komplexe Berechnungen ab. Ihre Entdeckung wurde 2019 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.

Seit 1995 folgten Entdeckungen Schlag auf Schlag, und Tausende von Exoplaneten wurden identifiziert, insbesondere dank Weltraumteleskopen wie dem europäischen CoRoT (2006–2014), der ersten Sonde, die speziell für die Suche nach Exoplaneten entwickelt wurde.

Schätzungen zufolge werden wir in etwa zehn Jahren 100.000 kennen! Astronomen gehen davon aus, dass die meisten Sterne in unserem Universum mindestens einen Planeten besitzen.
Lange Zeit war es unmöglich, Exoplaneten zu entdecken, da sie so weit von der Erde entfernt sind. Der nächste Stern unserer Galaxie ist 40 Billionen Kilometer (4 Lichtjahre) von der Erde entfernt.
Fortschritte in der Beobachtung haben nun zu einer wahren Fundgrube an Entdeckungen geführt. Was sind die neuen Erkenntnisse?
Koronografie.

Das intensive Licht eines Sterns überstrahlt die ihn umkreisenden Planeten. Um diese Blendung zu reduzieren, wird Koronografie eingesetzt. Diese Technik besteht darin, den Stern abzudecken, um die lichtschwächeren Himmelskörper in seiner Umgebung sichtbar zu machen, ähnlich den Methoden, die früher zur Beobachtung von Protuberanzen auf unserer Sonne verwendet wurden. Dies ermöglicht jedoch nur die direkte Beobachtung der größten Planeten, insbesondere jener, die sich sehr weit von ihrem Stern entfernt befinden.

Um das Jahr 2040 plant die NASA, ein Superteleskop mit einem Koronografen zur Beobachtung kleinerer Planeten in Sternnähe zu entsenden (Mission „Bewohnbare Welten“). Das amerikanische James-Webb-Weltraumteleskop verfügt über einen Koronografen, der für solche Missionen geeignet ist.

Der Transit.
Einige Teleskope sind mit lichtempfindlichen Sensoren ausgestattet. Wenn ein Planet vor seinem Stern vorbeizieht, blockiert er einen Teil des Sternenlichts, wodurch dieses abnimmt und nach dem Transit wieder an Intensität gewinnt. Die regelmäßige Helligkeitsschwankung eines Sterns kann somit auf die Anwesenheit eines Planeten hinweisen, der wiederholt vorbeizieht. Durch die Erfassung der Häufigkeit und Dauer dieser Vorbeizüge lassen sich Informationen über die Umlaufzeit des Planeten um den Stern sowie über seine Größe gewinnen. Die europäischen Satelliten CoRoT (2006–2014) und CHEOPS (2019) nutzen diese Methode.

Eine Vielfalt an Welten
Seit Beginn der Exoplanetensuche vor über 30 Jahren wurde ausschließlich Vielfalt beobachtet. Von sehr großen und massereichen Planeten, bis zu 25-mal so groß wie Jupiter, unser größter Planet im Sonnensystem, bis hin zu kleineren, die in Größe und Masse mit der Erde vergleichbar sind.

Der heißeste Exoplanet, KELT-9b, hat eine Oberflächentemperatur von fast 4.000 °C und befindet sich in unmittelbarer Nähe seines Sterns. OGLE-2005-BLG-390Lb ist ein eisiger Exoplanet, dessen Thermometer -223 °C anzeigt!

Wie die Planeten in unserem Sonnensystem haben auch Exoplaneten unterschiedliche Zusammensetzungen: Sie bestehen aus Gestein, Eis oder Gas. Exoplaneten sind sehr weit entfernt und reflektieren daher nur sehr wenig Licht. Es ist, als versuche man, ein Glühwürmchen von Paris aus zu beobachten, das im Lichtkegel eines Leuchtturms im Hafen von Marseille fliegt. Nur die größten oder die heißesten reflektieren genug Licht, um von leistungsstarken Teleskopen gesehen zu werden. Am besten lassen sie sich aber aus dem Weltraum erkennen.

Die Beobachtung von Exoplaneten in verschiedenen Entwicklungsstadien lehrt uns, wie ein Planet entsteht, sich formt und vergeht. Sie ermöglicht uns ein besseres Verständnis der Geschichte unseres eigenen Sonnensystems.

Die Suche nach potenziell außerirdischem Leben ist das Ziel vieler Wissenschaftler. Könnten diese Planeten bewohnbar sein? Vielleicht sogar bewohnt? Oder besitzen sie zumindest eine Umgebung, die mit irgendeiner Form von Leben kompatibel ist (eine Atmosphäre, eine Oberflächentemperatur, die das Vorhandensein großer Mengen flüssigen Wassers ermöglicht, das Vorhandensein von Kohlenstoff und Methan)? Moleküle, die mit der Chemie lebender Organismen in Verbindung stehen.

Während wir darauf warten, mehr über das zu erfahren, was andere Sterne umkreist, können wir uns dennoch an diesen himmlischen Prachtschaukeln erfreuen, die uns an lauen Sommerabenden locken. Carpe Diem.