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Premiere

Erstmals sichtbares Licht eines fernen Planeten gemessen

Astronomen melden einen wichtigen Fortschritt in der Planetenforschung: Ihnen ist es nach eigenen Angaben erstmals gelungen, für das menschliche Auge sichtbares Licht aus der Atmosphäre eines Exoplaneten herauszufiltern.

Sein Name ist nicht eben einprägsam, doch HD 189733b hat schon mehrfach Schlagzeilen produziert. Im Februar dieses Jahres hat das "Spitzer"-Weltraumteleskop die Infrarotstrahlung des Planeten aufgefangen und detaillierte Informationen über seine Atmosphäre gewonnen. Im Juli hat ein Forscherteam die erste Entdeckung von Wasser auf einem Exoplaneten gemeldet, ebenfalls auf HD 189733b - auch wenn dieser Anspruch umstritten ist.

ETH Zurich

Planetensystem HD 189733: Forscher haben nach eigenen Angaben erstmals sichtbares Licht eines Exoplaneten gemessen

Die Wissenschaftler vergleichen ihre Technik mit einer Sonnenbrille: Man habe das Licht des Sterns, den HD 189733b in enger Bahn umkreist, so lange gefiltert, bis das vom Planeten reflektierte Sonnenlicht übrig geblieben sei. Auf diese Art sei es möglich, die Größe der Atmosphäre zu bestimmen und die Bahn des Planeten direkt nachzuvollziehen. Mit den bisherigen Methoden des indirekten Planeten-Nachweises (siehe Kasten unten) sei dergleichen nicht möglich gewesen.

Die direkte Beobachtung des Lichtes eines Exoplaneten ist zwar schon zuvor gelungen, allerdings nur außerhalb des für das menschliche Auge sichtbaren Spektrums, etwa im Infrarotbereich. Die Analyse des Spektrums von extrasolaren oder Exo- Planeten spielt eine Schlüsselrolle bei der Suche nach erdähnlichen Planeten: Nur auf diese Art ist es möglich, die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre zu bestimmen und so auf die mögliche Existenz von Lebensformen zu schließen. Die bisherigen Teleskope sind jedoch nicht empfindlich genug, um das Licht von Exoplaneten direkt aufzufangen, da sie von ihren Heimatsternen bei weitem überstrahlt werden.

METHODEN DER PLANETENJAGD

Die Suche nach der zweiten Erde

David A. Hardy/ PPARC

Die Entdeckung der ersten Planeten außerhalb unseres Sonnensystems galt als wissenschaftliche Sensation. 1992 wiesen Forscher die ersten Exoplaneten im Orbit um den Pulsar PSR B1257+12 nach. 1995 fanden Michel Mayor und Didier Queloz erstmals einen Planeten in der Umlaufbahn um einen Stern, der unserer Sonne ähnelt. Zuvor war es unter Forschern heftig umstritten, ob es überhaupt Planeten in den Tiefen des Alls gibt - oder ob unser Sonnensystem das einzige seiner Art ist. Inzwischen sind jedoch weit über 200 Exoplaneten in mehr als 180 Systemen bekannt.

Mit heutigen Teleskopen können Exoplaneten nur unter größten Schwierigkeiten direkt beobachtet werden, da ihr Heimatstern sie bei weitem überstrahlt. Astronomen sind deshalb auf indirekte Methoden angewiesen, die in den vergangenen Jahren immer weiter verfeinert wurden und die Entdeckung immer kleinerer Planeten erlauben. Das begehrteste Objekt ist eine "zweite Erde": ein Felsplanet, der in Größe und Masse der Erde ähnelt und seinen Stern in der sogenannten Grünen Zone umkreist, in der die Existenz von flüssigem Wasser auf der planetaren Oberfläche möglich ist.

Radialgeschwindigkeits-Messung

Die Messung der Radialgeschwindigkeit ist das älteste Verfahren zum Nachweis extrasolarer Planeten. Wenn ein Planet einen Stern umrundet, zwingt er ihm eine leichte Taumelbewegung auf: Der Stern schlingert wie ein Hammerwerfer. Dadurch bewegt er sich minimal auf den Betrachter zu und von ihm weg. Durch den Doppler-Effekt wird das Licht dabei abwechselnd kurzwelliger und langwelliger.

Anfangs war diese Methode noch so grob, dass mit ihr nur große Gasplaneten vom Kaliber des Jupiters entdeckt werden konnten, die ihren Stern zudem in einem engen Orbit umrunden. Leben ist auf diesen glühend heißen Giganten aber kaum möglich. Erst seit kurzem können Wissenschaftler mit dieser Methode auch kleinere Planeten von der Größe der Erde entdecken - vorzugsweise im Orbit um Rote Zwergsterne. Sie sind wesentlich kleiner und kühler als unsere Sonne, weshalb erdähnliche Planeten sie in einer engen Bahn umkreisen und dennoch lebensfreundlich sein können.

Transitmethode

Die Transitmethode kann angewandt werden, wenn ein Planet von der Erde aus gesehen direkt vor seinem Heimatstern vorbeizieht. Dabei verdeckt er einen Teil des Sternenlichts. Anhand der Abdunkelung können Astronomen auf die Existenz des Planeten schließen. Und nicht nur das: Die Transitmethode erlaubt auch gewisse Rückschlüsse auf die Atmosphäre eines Planeten. Während des Transits werden je nach Zusammensetzung der Gashülle verschiedene Wellenlängen des Sternenlichts unterschiedlich stark absorbiert. Auf diese Weise konnten Forscher in der Atmosphäre von HD 209458b Wasserstoff, Sauerstoff und möglicherweise sogar Wasserdampf nachweisen.

Gravitationslinsen-Effekt

Beim Gravitationslinsen-Effekt, auch "gravitational microlensing" genannt, wird das Licht eines Himmelskörpers durch ein Objekt im Vordergrund verstärkt. Der Effekt wird von Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie beschrieben: Die Schwerkraft eines Objekts mit großer Masse, etwa eines Sterns oder einer Galaxie, krümmt die Raumzeit und lenkt das Licht ab - so, als ob eine gigantische optische Linse im Raum schweben würde. Auf diese Weise können auch lichtschwache Objekte sichtbar werden, die Astronomen sonst verborgen blieben. Mit dieser Methode wurden bereits mehrere Exoplaneten entdeckt.

Auch HD 189733b wurde im Oktober 2005 mit einer indirekten Methode, der Radialgeschwindigkeits-Messung, nachgewiesen. Dennoch eignet er sich gut für direkte Beobachtungen, da er von der Erde aus gesehen direkt an seinem Heimatstern vorbeizieht. HD 189733b ist in etwa so groß wie der Jupiter, doch seine mittlere Entfernung zu seinem Heimatstern entspricht nur drei Prozent der Distanz zwischen Sonne und Erde. Zudem wendet er dem Stern stets nur eine Seite zu, so dass dort Temperaturen von mehreren Tausend Grad Celsius herrschen.

Halbmond-Effekt

Berdyugina und ihre Kollegen fanden heraus, dass HD 189733b das meiste polarisierte Licht aussendet, wenn er von der Erde aus gesehen zur Hälfte beleuchtet ist - so wie der Halbmond am Himmel der Erde. Diesen Effekt konnten die Forscher beinahe täglich beobachten, da er bei jeder Runde von HD 189733b um seinen Stern zweimal vorkam - und für eine solche Umrundung, die auf der Erde einem Jahr entspricht, braucht der Planet nur etwas mehr als zwei Erdentage.

Die Polarisierung weist laut den Forschern darauf hin, dass die Atmosphäre um mehr als 30 Prozent größer ist als der verschwommene Umriss des Planeten, der während des Vorbeiziehens an seinem Stern sichtbar wird. Die Gashülle besteht demnach aus Partikeln, die durchweg kleiner sind als ein Tausendstel Millimeter - also etwa Staub, verschiedene Moleküle und möglicherweise auch jene Wasserteilchen, die andere Forscher bereits in der Atmosphäre von HD 189733b entdeckt haben wollen.

"Diese Partikel streuen das Sternenlicht besonders im blauen Bereich", schreiben die Wissenschaftler in ihrem Fachartikel. Damit handele es sich um exakt denselben Effekt, der auch den irdischen Himmel blau färbt.

"Die polarimetrische Messung des Lichts, das von Exoplaneten reflektiert wird, eröffnet ungeheure Möglichkeiten für die Erforschung ihrer Atmosphären", sagte Berdyugina. Auch die Größe und Masse der fernen Himmelskörper könne mit dieser Methode genauer als zuvor bestimmt werden. Das gelte insbesondere für Planeten, die von der Erde aus gesehen nicht genau an ihrem Heimatstern vorbeiziehen - also für die große Mehrheit.

mbe