Tolles Überblickswerk zum Thema "Exoplaneten"
Kapitel
1 – 4,6 Mrd. Jahre Einsamkeit
In
diesem Kapitel erläutert die Autorin zunächst, welche Typen von Exoplaneten es
gibt. Hier sind Mini-Neptune, Super-Erden, Eisgiganten, Heiße Jupiter und sog.
Steppenwölfe zu nennen, die jeweils mit ihren Spezifika vorgestellt werden. Die
Forschung habe am meisten Interesse an Felsplaneten, die sich in einer
habitablen Zone befinden. Gleichzeitig macht Kaltenegger aber auch am Beispiel
der Drake-Formel und des Fermi-Paradox klar, welche gewaltigen Hürden zu nehmen
sind, um überhaupt außerirdisches Leben zu entdecken. Abschließend legt sie dar,
was sich die Forschung von der Erforschung von Exoplaneten verspricht.
Kapitel
2 – Unser Platz im Universum
Hier
rücken v.a. Sterne als Forschungsobjekt in den Mittelpunkt. So wird zunächst
auf unsere Sonne eingegangen und erläutert, wie weit unser Heimatstern von
anderen Sternen entfernt ist. Danach wird uns der Evolutionsprozess
veranschaulicht, den ein Stern durchläuft. In diesem Zusammenhang wird auch
dargelegt, was im Inneren eines Sterns für chemische Prozesse stattfinden. Des
Weiteren wird erklärt, mit welchen Geschwindigkeiten sich Sterne (teils
voneinander) entfernen. Dabei wird in meinen Augen gut deutlich, welche
unvorstellbare Ausdehnung unser Kosmos einnimmt, sowohl in zeitlicher als auch
in räumlicher Hinsicht. Abschließend wirft die Autorin einen Blick auf das
kosmische Zentrum unserer Milchstraße und wagt eine Vorausschau auf die Zukunft
unserer Galaxie. In diesem Kontext wird auch auf den Ursprung unseres
Universums verwiesen und Kaltenegger geht der Frage nach, wie groß der
beobachtbare Teil unseres Kosmos ist. Kurzum: Eine gut strukturierte und
verständlich-kompakte Sammlung von zentralen Fakten, die jeder kosmologisch
versierte Laie schon einmal irgendwo gelesen oder gehört hat.
Kapitel
3 – Faszinierende Welten in unserem Sonnensystem
Die
Autorin rückt nun unser Sonnensystem stärker ins Zentrum des Interesses. Mit
anschaulichen Analogien wird die unterschiedliche Dichte der einzelnen Planeten
gut erläutert. Auch die Entfernung der verschiedenen Planeten von der Sonne
wird sehr bildhaft veranschaulicht. In diesem Kontext wird auch auf die
Gravitationskraft von Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Neptun und
Uranus eingegangen und dargestellt, wie die Menschen die Anziehungskraft
nutzen, um Flugobjekte durchs Sonnensystem zu manövrieren. Am Ende des Kapitels
finden auch Zwergplaneten Erwähnung (hierzu zählt auch Pluto). Darüber hinaus
widmet sich Kaltenegger der Frage, wie ein Planetensystem entsteht. Hierbei
wird unser Planetensystem mit Kepler-11 und Kepler-62 in Beziehung gesetzt.
Weitere Inhalte dieses Kapitels: Die Entstehung von Jahreszeiten auf der Erde
(Achtung: Hierfür ist die Achsenneigung der Erde verantwortlich!), die
spezifischen Charakteristika des Erdmondes. Abschließend begibt sich die
Autorin auf eine Reise durch unser Sonnensystem und schenkt solchen
Himmelskörpern besondere Aufmerksamkeit, auf denen Leben existieren könnte (=
Venus, Mars, die Jupitermonde Io, Europa, Ganymed und Kallisto, die Saturnmonde
Enceladus und Titan).
Kapitel
4 – Werkzeuge für die Suche nach fremden Planeten
In
diesem Kapitel werden die verschiedenen Methoden vorgestellt, mit denen man
Exoplaneten aufspüren kann. Dies geschieht z.B. anhand von Wackelbewegungen
eines Sterns, wie die Autorin sehr verständlich erläutert. Was mir in diesem
Zusammenhang nur nicht ganz klar geworden ist, ist Folgendes: Wie kann man
anhand der Wackelbewegung eines Sterns feststellen, ob an ihm nur ein oder
mehrere Planeten ziehen? Oder anders gefragt: Wie kann man feststellen, ob nur
ein oder gar mehrere Planeten für die Wackelbewegung eines Sterns
verantwortlich sind? Wackelt der Stern dann mehrfach? Oder bewirken mehrere
Planeten ein größeres Wackeln? Des Weiteren geht die Autorin auf den ersten
entdeckten Planeten außerhalb unseres Sonnensystems ein (51 Pegasi b). Interessant
fand ich auch den Hinweis darauf, dass es für die Forschung leichter ist,
massereiche Planeten zu entdecken, die in kurzem Abstand um einen Stern kreisen,
weil sie leichter identifizierbare Wackelbewegungen zur Folge haben. Dies führt
natürlich dazu, dass man anfangs v.a. auf Heiße Jupiter stieß.
Eine
weitere Methode ist die Transitmethode, bei der sich ein Stern aufgrund der
Umrundung eines Planeten um ihn teilweise verdunkelt. Es lassen sich
Helligkeitsschwankungen messen und anhand der Größe der Schwankungen kann man
wiederum Rückschlüsse auf die Größe des Planeten ziehen, der einen Stern
umkreist. Und auch hier stechen der Forschung natürlich v.a. solche
Himmelskörper ins Auge, die ihren Stern in kurzen Abständen (und damit
schneller) umkreisen und einen häufigeren und/ oder größeren Verdunklungseffekt
nach sich ziehen. Ist ein Planet weit vom Stern entfernt und benötigt mehrere
Jahre für die Umrundung, so ist er schwerer auszumachen, weil man viel Geduld
für die Beobachtung aufbringen muss. Auch die Größe des Sterns (und des
Planeten) ist ein wichtiger Einflussfaktor. Bei einem kleinern Stern lassen
sich Helligkeitsschwankungen leichter feststellen, weil ein Planet mehr
Oberfläche abdeckt. Gleichzeitig sind kleinere Planeten schwerer auszumachen,
da sie weniger Fläche verdunkeln.
Interessant
ist auch, dass Kaltenegger darauf hinweist, dass andere Planetensysteme teils
ganz andere Planetenkonstellationen aufweisen als unser eigenes Sonnensystem.
Es existiert eine große Bandbreite an möglichen Formationen. Und die Autorin
weist auch auf mögliche Fehlerquellen bei den Messungen hin, die das Ergebnis
verfälschen können. Gleichzeitig wagt sie einen hoffnungsvollen Blick in die
Zukunft. Wenn die Messungen noch genauer werden, weil die Instrumente besser
sind (Stichwort: PLATO-Mission), so wird man vielleicht bald sogar schon
Exomonde ausfindig machen können. Ungeklärt ist auch noch folgende
Forschungsfrage: Warum umkreisen Heiße Jupiter ihren Stern oft in falscher
Richtung?
Eine
weitere Methode zum Aufspüren von Exoplaneten ist die der direkten
Bildaufnahme. Dafür erläutert Kaltenegger zunächst, wie es möglich ist, über
solch gewaltige Distanzen, das Licht eines Sterns auszublenden, um auf diese
Weise Planeten zu entdecken, die dann nicht mehr länger vom Licht des Sterns
überstrahlt werden. Als Beispiel stellt sie uns die Sterne HR 8799,
Beta-Pictoris sowie Formalhaut vor. Der Stern Formalhaut z.B. wird nur von
einem einzigen Planeten umkreist. Bei dieser Methode wird auch wieder eine
Herausforderung deutlich. Mit der direkten Bildaufnahme sind v.a. solche
Planeten gut auszumachen, die sich in einer großen Distanz zum Stern bewegen
(einfach weil sie dann nicht so stark vom Licht des Sterns überstrahlt werden).
Kapitel
5 – Toplage ist nicht alles oder: Die Habitable Zone
Nun
konzentriert sich die Autorin auf die Habitable Zone als aussichtsreicher Raum
für mögliches Leben (wie wir es kennen…). Interessant ist in diesem
Zusammenhang der Hinweis von Kaltenegger, dass die Habitable Zone veränderlich
ist und sich verschiebt, abhängig vom Alter eines Sterns, seiner Größe und
Helligkeit. So ist zu beachten, dass Sterne unterschiedlich lange existieren.
Hier stellt sich die überaus interessante Frage, wie viel Zeit dafür notwendig
ist, dass sich Leben entwickeln kann. Sind Sterne mit einer kürzeren
Lebensdauer überhaupt aussichtsreiche Kandidaten für die Suche nach
außerirdischem Leben?
Der
älteste Exoplanet, den man bisher gefunden hat, nennt sich Kepler-444 und ist
11 Mrd. Jahre alt. Spannend finde ich in diesem Zusammenhang auch den Gedanken,
in wie weit sich unser irdisches und mögliches außerirdisches Leben überhaupt
im Gleichklang entwickeln kann. Wer kann schon wissen, ob auf anderen Welten
nicht schon Milliarden Jahre vor uns Leben existiert (hat) oder nach uns
existieren wird. Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich zur gleichen
Zeit in beobachtbarer Nähe zueinander intelligentes Leben entwickelt?
Des
Weiteren brauchen Planeten in der Habitablen Zone weitere Eigenschaften, um
Leben hervorbringen zu können, z.B. eine bestimmte Geologie sowie das
Vorhandensein einer Atmosphäre.
Kapitel
6 – Spurensuche nach Leben im All
In
diesem Kapitel geht es um die Methoden der Erforschung der Atmosphäre von
Exoplaneten. Jeder Planet liefert uns eine Art „Licht-Fingerabdruck“, so die
Autorin. Mit Hilfe dieses Abdrucks lässt sich die Atmosphäre genauer
analysieren. Dafür nimmt man einen Spektrografen zur Hilfe. V.a. das neue
James-Webb-Teleskop hilft dabei, ausreichend Licht von kleineren Exoplaneten
einzufangen und auszuwerten. Des Weiteren erläutert Kaltenegger, dass nicht nur
ein Bestandteil für sich allein genommen, bereits ein Indiz für Leben ist.
Weder Wasser allein noch Sauerstoff allein noch CO2 allein erlaubt eine Aussage
darüber, ob es auf einem Exoplaneten Spuren von Leben gibt. Es kommt auf die
richtige Kombination an. Das beste Indiz für Leben sei das Vorhandensein von
Sauerstoff oder Ozon + Methan auf einem Planeten in einer Habitablen Zone. Für
die Erforschung komme aber erschwerend hinzu, dass sich der Licht-Fingerabdruck
im Laufe der Zeit verändert. Es handelt sich also nicht um eine feste Größe. Da
wir das Licht eines Planeten immer erst zeitversetzt empfangen, wissen wir also
nicht, ob nicht auf einem Planeten in diesem Moment Leben existiert, auch wenn
es im Spektrum vielleicht noch nicht erkennbar ist. Darüber hinaus lässt sich
nicht einschätzen, welche Art von Leben auf einem fremden Planeten existieren
könnte (Einzeller vs. intelligentes Leben). Was aber erstaunlich ist: Mit Hilfe
der neuesten Generation von Teleskopen kann man anhand der Auswertung von
Helligkeitsschwankungen etwas über Rotation des Planeten ableiten. Was wir
jedoch wieder nicht wissen, ist der Umstand, wie sich verschiedene Tageslängen
auf die Entwicklung von Leben auswirken. Wie viel Sonnenlicht pro Tag benötigt
Leben z.B., damit es sich entwickeln kann? Und wie ist es mit der Schwerkraft?
Wie wirkt diese sich auf die mögliche Entwicklung von Leben aus? Auch das sind
noch offene Fragen. Weiterhin müsste man im Idealfall auch noch mehr über die
geologische Aktivität eines Exoplaneten wissen…
Kapitel
7 – Der perfekte Planet
In
diesem Kapitel widmet sich die Autorin der Frage, wie außerirdisches Leben
aussehen könnte. Vermutlich wird es ebenfalls auf der Basis von Kohlenstoff
basieren, so Kalteneggers Vermutung. Am Beispiel der sogenannten Kleinen Wasserbären
verdeutlich sie aber, dass Leben extreme Formen annehmen kann. Kleine
Wasserbären können z.B. bei -200Grad bis +100 Grad existieren, sie kommen 10
Jahre ohne Wasser aus, vertragen eine hohe Strahlendosis und können im Weltraum
für 10 Tage ohne Schutzanzug überleben. Die Beschaffenheit von Leben auf
anderen Planeten könnte ganz anders sein als auf der Erde. Die Umweltfaktoren
könnten ganz andere sein. Denkbar ist z.B., dass außerirdisches Leben einer
höheren Strahlung oder einer stärkeren bzw. schwächeren Schwerkraft ausgesetzt
ist.
Kapitel
8 – Die Top Ten Planeten, die unser Weltbild revolutioniert haben
Abschließend
erstellt die Autorin eine Liste mit zehn Exoplaneten, die für sie besonders
erwähnenswert sind. Der erste Planet, den sie nennt, ist 51 Pegasi b (1995
entdeckt). Bei ihm handelt es sich um den ersten Heißen Jupiter überhaupt, den
man aufspürte. Er braucht nur wenige Tage, um seinen Stern zu umrunden. Planet
Nr. 2: HD 209458 b (1999 entdeckt). Sein Jahr dauert nur dreieinhalb Erdtage.
Planet Nr. 3: CoRoT-7b (2009 entdeckt). Ein Felsplanet, der auf mehr als 1000
Grad erhitzt wird. Planet Nr. 4: Gliese 581 d (2009 entdeckt). Ein erster
aussichtsreicher Planet für Leben. Er befindet sich in einer Habitablen Zone,
umkreist allerdings einen Roten Riesen, der viel älter ist als die Sonne. Planet
Nr. 5: GJ 1214 b (2009 entdeckt). Der erste Mini-Neptun, also ein kleiner
Gasplanet, zu dem es in unserem Sonnensystem keine Entsprechung gibt. Planet
Nr. 6: Kepler-10c (2011 entdeckt). Umrundet seinen Stern in 45 Tagen und ist 20
Mal so schwer wie unsere Erde. Er verdeutlicht, dass Felsplaneten viel größer
sein können, als man zwischenzeitlich annahm. Man bezeichnet solche Welten als
Mega-Erden. Planet Nr. 7: Kepler-16b (2011 entdeckt). Ein interessanter Planet,
weil er von zwei Sonnen beschienen wird. Planet Nr. 8: Kepler-62e und
Kepler-62f (2013 entdeckt). Zwei sehr erdähnliche Planeten in einer Habitablen
Zone. Beide könnten evtl. lebensfreundlich sein. Noch steht die Auswertung
ihres Licht-Fingerabdrucks aus. Planet Nr. 9: Proxima Centauri b (2016
entdeckt). Ein spannender Planet, weil er nur vier Lichtjahre von der Erde entfernt
ist. Planet Nr. 10: PSR B1257+12A, B und C (schon 1992 entdeckt). Diese Welten
sind von Interesse, weil sie um explodierte Sterne kreisen und damit einen
Blick in die Zukunft erlauben.
Kaltenegger
macht klar, dass es auch in Zukunft spannend bleibt. So ist noch offen,
inwieweit unser Sonnensystem als „normal“ gelten kann. Unterscheidet sich unser
System stark oder kaum von anderen Planetensystemen? Ist es gar einzigartig?
Oder gibt es ähnliche Systeme? Die Wissenschaft ist jedenfalls immer wieder
erstaunt, in welchen Abständen sich Planeten bilden können. Bisher lassen sich
keine allgemeinen Regeln formulieren, wo Planeten überhaupt entstehen können. Es
ist davon auszugehen, dass noch viele weitere Exoplaneten entdeckt werden und
die technischen Möglichkeiten der Auswertung des Lichts immer exakter werden.
Vielleicht ist es nur noch eine Frage der Zeit, bis man einen sehr erdähnlichen
Planeten finden wird…