Die Suche nach der zweiten Erde

Astronomie: Amerikaner und Europäer planen neue Weltraum-Teleskope. Mehr als 180 extrasolare Planeten sind bereits bekannt - und die Methoden der Astronomen werden immer genauer.

Von Hans-Arthur Marsiske

Alle Tage Weihnachten - das wünschen sich viele Kinder und sind enttäuscht, wenn sie nach den Feiertagen 363 Tage auf die nächste Bescherung warten müssen. Doch es gibt Welten, auf denen ihnen eine solche Geduldsprobe erspart bliebe. Ein Planet mit der komplizierten Bezeichnung "HD 83443b" etwa umkreist sein Zentralgestirn in knapp drei Tagen. Ein Jahr dauert dort genauso lange wie das Weihnachtsfest.

Ein Kinderparadies ist dieser Planet deswegen aber noch lange nicht. Dafür ist er viel zu groß. Seine Masse beträgt mehr als das 130fache der gesamten Erdkugel. Das heißt, es handelt sich wahrscheinlich um einen sogenannten Gasriesen wie Jupiter oder Saturn, ohne feste Oberfläche und mit einer lebensfeindlichen Atmosphäre aus Wasserstoff und Helium. Außerdem ist er viel zuweit entfernt: 142 Lichtjahre.

HD 83443b ist einer von mittlerweile mehr als 180 bekannten Planeten außerhalb unseres Sonnensystems. Die anderen sind kaum einladender. Viele extrasolare Planeten oder Exoplaneten sind noch größer und bewegen sich auf extremen Umlaufbahnen um ihre Muttersterne. Doch das heißt nicht, daß solche Exoten dort draußen die Mehrheit bilden. Sie sind einfach nur leichter zu erkennen.

Mit immer besseren Beobachtungsinstrumenten geraten den Astronomen zunehmend kleinere Exoplaneten ins Blickfeld. Ende Januar meldete ein Forschungsteam den Nachweis eines Objekts von fünffacher Erdmasse auf einem Orbit, der in unserem Sonnensystem zwischen Mars und Jupiter liegen würde. Dieser Planet wurde als "OGLE-2005-BLG-390Lb" registriert. "Er ist der erste und bislang einzige Planet, der mit unseren Theorien über die Entstehung des Sonnensystems übereinstimmt", sagte der an der Entdeckung beteiligte Uffe Gre Jærgensen vom Kopenhagener Niels-Bohr-Institut.

Bislang ist über all die fernen Welten indessen nicht viel mehr bekannt als deren Massen und Umlaufbahnen. Denn die extrasolaren Planeten wurden nicht als Lichtpunkte auf Himmelsfotografien identifiziert, sondern mit indirekten Methoden. Der erste Nachweis gelang im Jahr 1992 beim Pulsar PSR 1257 + 12, dem Überrest eines als Supernova explodierten Sterns, der schnell rotiert und dabei wie ein Leuchtturm regelmäßig einen elektromagnetischen Impuls aussendet. In diesem Puls fanden Astronomen ein Muster, das auf drei Planeten in der Größenordnung zwischen Erdmond und der vierfachen Masse der Erde hindeutet.

Dieses Muster entsteht, weil Planeten nicht einfach um einen Stern kreisen. Beide wirken vielmehr wechselseitig aufeinander ein und umkreisen ein gemeinsames Gravitationszentrum. Wenn wir von der Erde aus auf die Seite eines solchen Planetensystems schauen, bewegt sich der Stern daher regelmäßig von uns weg und wieder auf uns zu. Das läßt sich in der Pulsfrequenz eines Pulsars erkennen: Sie ist höher während der Bewegungsphase in unserer Richtung und niedriger während der folgenden Phase. Physiker nennen das Doppler-Effekt.

Die Planeten des Pulsars waren ein erster Hinweis, daß unser Sonnensystem keine Ausnahme darstellt, sondern Planetensysteme vielleicht sogar sehr häufig vorkommen. Aber es waren eben Planeten im Orbit eines toten Sterns, möglicherweise erst bei oder nach der Supernovaexplosion entstanden. Mit unserem Sonnensystem war das nicht zu vergleichen. Leben war dort undenkbar.

Nur drei Jahre später beobachteten Michael Mayor und Didier Queloz vom Observatorium in Genf die Frequenzverschiebung jedoch auch im Spektrum eines aktiven Sterns. Seither kommen ständig neue Entdeckungen hinzu. Das Doppler-Signal ist allerdings um so deutlicher ausgeprägt, je größer die Planeten sind und je kleiner ihr Abstand zum Zentralstern. Denn dann ist die Wirkung ihrer Schwerkraft auf den Stern am stärksten. Diese Beobachtungsmethode bevorzugt daher vorläufig noch Planetensysteme, die von unserem Sonnensystem sehr verschieden sind.

Doch es gibt noch andere Methoden. So verraten sich Exoplaneten gelegentlich auch dadurch, daß sie vor ihrem Mutterstern entlangwandern und ihn dabei leicht verdunkeln. Das französische Weltraumteleskop "Corot", dessen Start für Juli vorgesehen ist, soll gezielt nach solchen Sternbedeckungen suchen und empfindlich genug sein, um auch erdähnliche Planeten zu erkennen. Die Wissenschaftler hoffen auf mehrere Dutzend Funde während der zweieinhalbjährigen Missionsdauer.

Selbst die direkte optische Beobachtung extrasolarer Planeten ist in greifbare Nähe gerückt. Sowohl die europäische Weltraumorganisation Esa als auch das US-amerikanische Pendant Nasa arbeiten an Weltraumobservatorien, die erdähnliche Planeten in anderen Sternsystemen aufspüren sollen. Deren Start ist für die Mitte des nächsten Jahrzehnts geplant.

Die technische Herausforderung ist enorm: So sollen im Rahmen der Esa-Mission "Darwin" vier hochpräzise Infrarotteleskope 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt stationiert werden, wo sie ihre Positionen zueinander millimetergenau einhalten müssen. Das Nasa-Programm "Terrestrial Planet Finder" sieht ein ähnliches Konzept vor. Im Gespräch ist auch immer noch, das Observatorium als internationales Projekt zu realisieren. Rußland und Japan haben Interesse geäußert.

Es ist die Anstrengung wert. Denn ein solches Observatorium wird nicht nur Masse und Umlaufbahnen der fernen Planeten bestimmen können. Es kann in deren Licht auch gezielt nach bestimmten Stoffen suchen. Besonderes Interesse haben die Wissenschaftler an Wasser, Sauerstoff, Kohlendioxid und Methan. Auf der Erde sind das wichtige Substanzen im Stoffwechsel von Lebewesen. Ihre Signatur im Spektrogramm eines Exoplaneten wäre die lang ersehnte Antwort auf die uralte Frage: Sind wir allein im All?

erschienen am 28. März 2006

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