Spektrum der Wissenschaft KOMPAKT 02/2020 (Hrsg.) - Exoplaneten. Fahndung nach extrasolaren Welten

Was weiß man zu Exoplaneten?

Durch meine Lektüre von „Alles Zufall im All?“ bin ich auf ein für mich interessantes Themenfeld gestoßen: Exoplaneten. Die Autoren hielten in ihrem Buch fest, dass vor allem der Erforschung der Atmosphäre von Exoplaneten in den nächsten Jahren eine große Bedeutung zukommt. Das führte mich zu der Frage, was man denn bisher überhaupt schon über Exoplaneten weiß. So stieß ich auf das Themenheft „Exoplaneten. Fahndung nach extrasolaren Welten“, herausgegeben von Spektrum der Wissenschaft in 02/2020. Darin werden z.B. die Suchmethoden der Exoplanetenforscher genauer vorgestellt, die Exowelten des Sterns Trappist-1 beleuchtet und die Satellitenmissionen TESS und PLATO skizziert. Kurzum: Eine knappe Bestandsaufnahme der bisherigen Erkenntnisgewinne in populärwissenschaftlich ansprechender Form.

 

Beitrag 1: Bilder aus dem kosmischen Kreißsaal von Rebbeca Boyle

Es wird erläutert, dass man sogenannte protoplanetare Scheiben beobachten konnte, aus denen man Rückschlüsse über die Geschichte der Planetenentstehung gewinnen kann. Es stellt sich heraus, dass der Prozess der Entstehung von Planetensystemen komplexer ist, als man anfangs vermutet hat. Es konkurrieren heute verschiedenen Erklärungsmodelle: Das Modell der Kern-Akkretion, das Modell der Strömungsinstabilität und das Modell der Kieselstein-Akkretion. Ebenfalls interessant: Die Beobachtung anderer Planetensysteme zeigt, dass unser Sonnensystem kein exemplarisches Muster aufweist (Gesteinsplaneten mit geringerem Abstand zur Sonne als die größeren Gasplaneten), das sich zwangsläufig auch woanders wiederfinden lässt. Man hat bereits verschiedenartige Strukturen entdeckt.

 

Beitrag 2: Ein Planet wider besseres Wissen von Florian Freistetter

Es wurde ein Planet entdeckt, der seinen Stern in einem extrem geringen Abstand umrundet: ein sogenannter „Heißer Jupiter“ (ein massereicher Planet in einer sehr engen Umlaufbahn). So etwas sollte es nach früheren Annahmen eigentlich nicht geben dürfen. Doch zwei Schweizer (Michel Mayor und Didier Queloz) konnten aufzeigen, dass sich das Muster unseres Sonnensystems nicht automatisch auch in anderen planetaren Systemen widerspiegelt. Für diese Entdeckung erhielten sie 2019 sogar den Physik-Nobelpreis.

 

Beitrag 3: Die Exowelten von TRAPPIST-1. Lebensfreundlich, eiskalt oder höllisch heiß? Von Lena Noack

In diesem Beitrag werden Erkenntnisse zu den Exoplaneten des 39 Lichtjahre entfernten roten Zwergsterns TRAPPIST-1 vorgestellt. TRAPPIST-1 besitzt sieben erdgroße Planeten, von denen sich gleich drei in der habitablen Zone befinden. Problem: Das Zentralgestirn dieses Sonnensystems unterscheidet sich beträchtlich von unserer Sonne, die viel kleiner und masseärmer ist. Es ist davon auszugehen, so Noack, dass die Welten von TRAPPIST-1 einer hohen energiereichen Röntgen- und Ultraviolettstrahlung ausgesetzt sind. Und auch der Sternwind des roten Zwergsterns dürfte ein Problem für die Planeten sein. Auch stellt sich die Frage, wie die Welten die Kontraktionsphase des Sterns in seiner „Jugendphase“ überstanden haben, in der alle sieben Planeten vermutlich extrem aufgeheizt worden sind. Und als ob das nicht schon genug Probleme wären, die mögliches Leben auf diesen Welten sehr unwahrscheinlich erscheinen lassen, kommt noch ein weiteres hinzu: Die Abstände zwischen den Planeten sind recht gering, so dass mit starken Gezeitenkräften zwischen ihnen zu rechnen ist. Es sei nicht unwahrscheinlich, dass an der Oberfläche der Planeten ein extremer Vulkanismus herrscht.

 

Beitrag 4: Neuer Suchalgorithmus. 18 neue erdgroße Exoplaneten in alten Kepler-Daten von Rene Heller.

In diesem Beitrag wird ein neuer Suchalgorithmus vorgestellt, der empfindlicher für die Suche nach einer zweiten Erde ist. Mit Hilfe dieser Methode konnten bereits 18 kleine Planeten in Erdgröße entdeckt werden, die ansonsten verborgen geblieben wären.

 

Beitrag 5: TESS. Spannende erste Funde von Jan Osterkamp

Vielversprechende neue Entdeckungen werden wohl die Weltraumteleskope TESS und CHEOPS liefern können. Sie übernehmen die bisherige Aufgabe der KEPLER-Mission und sind in der Lage, mit Hilfe der Transitmethode Planeten außerhalb unseres Sonnensystems zu entdecken. TESS durchforste seit 2018 weite Bereiche des Alls und konzentriere sich vor allem auf erdnahe rote Zwergsterne. Darüber hinaus würden auch Supernova-Explosionen mit dem Forschungssatelliten genauer in den Blick genommen.

 

Beitrag 6: BETA-PICTORIS. Kometen in legendärem Sternsystem von Robert Gast

Im System BETA-PICTORIS hat TESS sogar schon Kometen entdecken können, was die Leistungsstärke des Satelliten verdeutlicht. Ein Team um Sebastian Ziebe und Konstanze Zwintz von der Universität Innsbruck habe immer wieder kleine Verdunklungen des Sterns aufzeichnen können.

 

Beitrag 7: Warum der Hype um K2-18b nicht gerechtfertigt ist. Ein Kommentar von Robert Gast

In der Atmosphäre des fernen Exoplaneten K2-18b, der sich zudem in einer habitablen Zone befindet, hat man in der Atmosphäre Wasserdampf entdeckt. Kann man nun also euphorisch davon ausgehen, dass Leben dort existiert? Robert Gast weist in seinem Kommentar darauf hin, diese Ergebnisse mit Vorsicht zu interpretieren. Wasserdampf an sich sei noch keine Sensation und sei an vielen Stellen im All bereits nachgewiesen worden. Relevant wäre die Information erst dann, wenn man wüsste, in welcher Menge der Stoff in der Atmosphäre vorkommt. Dazu gibt es aber bislang keine Erkenntnisse. Spannender sei die Entdeckung von Gasen, die auf biologische Aktivität hindeuteten: also Sauerstoff und Methan.

 

Beitrag 8: Heiße Jupiter. Ein frühes Ende für Gasriesen von Ellen Leister

In diesem Beitrag geht es genauer um das Schicksal von „Heißen Jupitern“, die ihren Stern in sehr geringem Abstand umrunden. Es scheint, als würden solche „Heißen Jupiter“ noch recht junge Sonnen umkreisen und ab einem gewissen Zeitpunkt in den Stern „stürzen“. Die Gasriesen wanderten im Laufe der Zeit weiter nach innen, ihre Atmosphäre löse sich auf und schließlich zerreiße es den Planeten.

 

Beitrag 9: GLIESE 3470B. Verdampfender Exoplanet könnte kosmisches Rätsel lösen von Daniel Lingenhöhl.

Unter den knapp 4000 bekannten Exoplaneten wimmele es vor allem von „Heißen Jupitern“ und erdgroßen Felsplaneten. Doch ein Planetentyp hingegen sei selten: so genannte „Heiße Neptune“, also kleinere Gasplaneten, die sich auf einer relativ engen Umlaufbahn um ihren Stern befinden. Mit GLIESE 3470B hat man jedoch einen solchen „Heißen Neptun“ ausfindig gemacht. Er befinde sich jedoch in Auflösung. Seine Wasserstoffatmosphäre verschwindet ins All.  

 

Beitrag 10: Hubble-Weltraumteleskop. Ist der erste Mond außerhalb des Sonnensystems entdeckt? Von Rene Heller

In diesem Beitrag wird auf die Herausforderungen der Entdeckung eines Exomondes hingewiesen. Man sei darauf angewiesen, dass der Trabant einen Transiteffekt verursacht. Das sei enorm schwer zu beobachten. Ein aussichtsreicher Kandidat befinde sich jedoch beim jupitergroßen Planeten KEPLER-1625B. Der Mond sei allerdings so groß wie der Neptun. Er ist damit enorm massereich, was zu einer zentralen weiteren Frage führt: Wie kann ein solcher Riesenmond entstehen (wenn es sich denn wirklich um einen Mond handelt, eine Bestätigung steht noch aus!)?

 

Beitrag 11: Der Next-Generation Transit Survey (NGTS). Auf der Jagd nach kleinen Exoplaneten von Philipp Eigmüller

Im Jahr 2018 wurden die ersten vier mit NGTS entdeckten Exowelten in einer Publikation vorgestellt. Zwei der Planeten werden im Beitrag in ihren Eigenheiten genauer erläutert: NGTS-1b und NGTS-4b. Des Weiteren werden die Vorteile des Projekts NGTS gegenüber TESS benannt. Auch wird eine weitere Methode erläutert, eine Alternative bzw. Ergänzung zur Transitmethode: Die Radialgeschwindigkeitsmethode (vgl. S. 57)

 

Beitrag 12: CHEOPS. Die Vermessung der Exoplaneten von Alexander Stirn

Das CHEOPS-Projekt ist darauf ausgerichtet, solche Sterne ins Visier zu nehmen, die von bekannten Planeten mit bekannten Bahnen umkreist werden (etwa 400 Sterne). Die Transits sollen genauer vermessen werden. Mit Hilfe weiterer Daten zu Größe und Masse lässt sich durch CHEOPS etwas zur mittleren Dichte eines Planeten ableiten. So können weitere Erkenntnisse zur Zusammensetzung eines Exoplaneten gewonnen werden.

 

Beitrag 13: PLATO. Die Rückkehr zu den hellsten Sternen. Von Ruth Tietz-Werder, Günther Wuchterl und Heike Rauer

In diesem Beitrag wird die PLATO-Mission genauer vorgestellt. Ziel dieser Mission sei es, Radius, Masse und Alter von Exoplaneten mit einer bisher nicht gekannten Genauigkeit zu bestimmen. Es würden v.a. leuchtstarke Sterne in den Blick genommen. Zum Einsatz komme dafür ein spezielles Multiteleskop-Design, bestehend aus 26 Teleskopen. Es sei davon auszugehen, dass PLATO mit Hilfe der gewonnenen Daten einen großen Beitrag zur galaktischen Archäologie leisten wird, v.a. Fragen zur Planetenentstehung und -entwicklung würden genauer untersucht. Und vielleicht ist ja unter den beobachten Planeten sogar ein erdgroßer Gesteinsplanet in einer habitablen Zone, der einen sonnenähnlichen Stern umkreist. Denn darum geht es ja bei der Erforschung der Exowelten: Um die Suche nach einer zweiten Erde.