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Künstlerische Darstellung des Exoplaneten Gliese 581g

Schwierige Suche nach einer zweiten Erde

Auf der Suche nach Planeten außerhalb unseres Sonnensystems sind Forscherinnen und Forscher auf bisher unbekannte Phänomene gestoßen. Diese erschweren nicht nur das Auffinden extrasolarer Planeten, sondern haben auch gezeigt, dass Planetensysteme um sonnenähnliche Sterne dem unseren weniger ähnlich sind, als vermutet.

ÖAW: Young Science 27.01.2012

Offenbar ist unsere Sonne ein vergleichsweise sehr ruhiges Exemplar, schreibt Jörg Weingrill vom Institut für Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in einem Gastbeitrag.

Extrasolare Planeten im Visier

Porträt Jörg Weingrill

Weingrill/ÖAW

Zur Person:

Jörg Weingrill, Jahrgang 1973, hat Physik mit Spezialisierung Astrophysik an der Karl-Franzens-Universität Graz studiert und ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. Seit 2008 ist er Mitglied im CoRoT Exoplanet Science Team, in dem er zusammen mit einem internationalen Team an der Suche nach extrasolaren Planeten beteiligt ist.

Von Jörg Weingrill

Mit den beiden Weltraumteleskopen CoRoT und Kepler suchen Astronominnen und Astronomen bereits seit mehreren Jahren nach Planeten bei fremden Sternen. Für diese Suche hat man in der galaktischen Nachbarschaft mehr oder weniger zufällig Sterne ausgewählt, die der Sonne ähnlich sind. Man ist dabei von unserem Sonnensystem ausgegangen, in der Erwartung, dass auch andere sonnenähnliche Sterne Planeten beherbergen.

Zwei unterschiedliche Methoden haben sich als besonders erfolgreich bei der Jagd nach Planeten erwiesen: zum einen die sogenannte Radialgeschwindigkeitsmethode, bei der die Geschwindigkeit des Sterns gemessen wird, wenn dieser durch die Schwerkraft eines Planeten beeinflusst wird, zum anderen die Transitmethode, bei der die Verdunkelung gemessen wird, wenn ein Planet vor seinem Stern vorbeizieht. Eine eindrucksvolle Demonstration eines Planetentransits konnten wir zuletzt 2004 in unserem eigenen Sonnensystem beobachten, als die Venus vor der Sonne vorbeizog.

Völlig andere Planetensysteme

Auf der Suche nach extrasolaren Planeten ist man auf eine bisher unbekannte Barriere gestoßen. Man hat unter den mehr als 100.000 untersuchten Sternen völlig andere Planetensysteme gefunden, als man sie von unserem Sonnensystem kennt und daher auch in anderen Sonnensystemen erwartet hat. Statt kleine Gesteinsplaneten - ähnlich wie etwa Merkur oder Venus - in der Nähe des Sterns zu finden, haben die Satelliten Planeten in der Größe des Gasriesen Jupiter entdeckt, die ihr Zentralgestirn in wenigen Tagen umrunden, also vergleichbar weit innerhalb der Merkurbahn.

Bei den Gesteinsplaneten, die auch Super-Erden genannt werden, bilden bislang die Planeten CoRoT-7b, Kepler-10b und Kepler-22b die Ausnahme. Die meisten bisher entdeckten Planeten sind wie Jupiter oder Neptun Gasplaneten. Grundsätzlich ist die Messung einer Atmosphäre eines Exoplaneten sehr schwierig und konnte nur bei den uns nächsten Planetensystemen nachgewiesen werden. Meist wird aufgrund der Dichte entschieden, ob der Planet einem Merkur oder einem Saturn ähnelt.

Hohe Aktivität der Sterne

Links:

Ein anderes Problem macht den Astrophysikern auf der Suche nach der zweiten Erde aber viel mehr zu schaffen: die hohe Aktivität der Sterne. Die Annahme, dass sonnenähnliche Sterne in etwa gleich aktiv sind wie unser Zentralgestirn, hat sich als falsch erwiesen. Selbst die stärkste je beobachtete Sonneneruption im Jahr 2003 ist schwach im Vergleich zu dem, was die Sterne zu bieten haben. Auch die Flecken, die auf den Sternen beobachtet werden können, sind um ein Vielfaches größer, als jene auf der Sonne.

ÖAW Young Science:

Der Text ist Teil des Projektes Young Science, im Zuge dessen Gastbeiträge von jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Österreichischen Akademie der Wissenschaften erscheinen. Das Projekt ist eine Kooperation zwischen Ö1/science.ORF.at und der Akademie der Wissenschaften.

Die Aktivität der Sonne und auch der Sterne verläuft auf unterschiedlichen Zeitskalen, von langjährigen Strahlungsänderungen wie dem bekannten Sonnenzyklus, über die stellare Rotation im Bereich von mehreren Tagen bis hin zu akustischen Schwingungen im Bereich von Minuten. Aber auch nicht-periodische Vorgänge, wie Ausbrüche (engl. Flares) oder das Aktivitätssignal der Granulation, der körnigen Struktur von Sternoberflächen, können die Entdeckung eines Planetentransits erschweren oder sogar verhindern.

Die Ursache der Aktivität liegt im komplexen Magnetfeld, das in den Sternen vorliegt. Anders als bei Planeten gibt es in Sternen keinen eindeutigen magnetischen Nord- und Südpol. Durch die Rotation der Sterne kommt es zu Verwirbelungen des Magnetfeldes, was durch die schnellere Rotation am Äquator noch verstärkt wird.

Störfaktoren beeinträchtigen die Beobachtungen

Ist ein Stern während eines Transits, der mehrere Stunden dauern kann, mit Flecken bedeckt, oder kommt es während der Beobachtung zu einem Strahlungsausbruch, so kann die Größe des Planeten nicht mehr genau bestimmt werden. Ein vermeintlicher Zwilling der Erde kann in Wirklichkeit ein Neptun sein, der wegen seiner dicken Gashülle nicht mehr bewohnbar ist.

Schlimmer noch: Wenn ein Flare während eines Transits das schwache Signal eines Planeten stört, kann ein Planet von der Größe der Erde sogar unentdeckt bleiben. Um sicher sein zu können, einen Planetentransit zu beobachten, muss dieser mindestens dreimal hintereinander messbar sein. Für einen Planeten der Erdklasse bedeutet das eine mindestens drei Jahre lange Beobachtungszeit.

Diese Erkenntnis hat weitreichende Konsequenzen einerseits für die Suche nach extrasolaren Planeten und andererseits für das Verständnis unserer eigenen Sonne. Die aktiven Sterne behindern die Suche nach einer zweiten Erde. Die beiden Satellitenmissionen CoRoT und Kepler mussten um Jahre verlängert werden, um Ihre Ziele zu erfüllen. Wir müssen uns aber auch Gedanken über unsere Sonne machen: Haben wir das Glück bei einem ruhigen Stern zu leben, oder aber ist die Galaxis unwirtlicher, als wir gedacht haben?

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