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Astronomen: Nasa hat Probleme bei Planetensuche unterschätzt

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Exoplanet (grafische Darstellung): "Wir müssten ausgesprochenes Glück haben"

Sind wir allein im All? Die Nasa verspricht sich von einem neuen Hightech-Teleskop eine Antwort - und macht es sich dabei zu leicht, sagen Forscher. Selbst die neueste Generation der Weltenspäher werde sich schwertun, einen Erdzwilling zu finden.

Natürlich hätte sie am liebsten positive Nachrichten überbracht, sagt Lisa Kaltenegger mit einem Lächeln. Doch stattdessen bringt die Österreicherin, die am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics arbeitet, die internationale Gemeinde der Exo-Planetologen mit einer aktuellen Studie ziemlich in die Bredouille. In dem Papier, das die Forscherin zusammen mit James Traub vom Jet Propulsion Laboratory der Nasa verfasst hat, geht es um Widrigkeiten bei der Fahndung nach der zweiten Erde.

Kaltenegger und ihr Kollege zeigen in der Forschungsarbeit, die im Fachmagazin "Astrophysical Journal" erscheinen wird, dass diese Suche wohl weit schwieriger wird als bisher angenommen. Das klingt zunächst einigermaßen verwunderlich, denn schon in den kommenden Monaten und Jahren dürften interessante Kandidaten auftauchen. Die Hoffnungen der Wissenschaftler liegen vor allem auf dem jüngst von der Nasa gestarteten Weltraumteleskop "Kepler", das die Fahndung nach Erdzwillingen aufgenommen hat. Doch das Observatorium kann nur herausfinden, ob Exoplaneten die passende Größe haben und ihren Stern in der richtigen Entfernung umkreisen.

Ob es Leben in den fernen Welten gibt, lässt sich damit noch nicht sagen. Bestätigt werden müsste der Verdacht vom "James Webb Space Telescope". Der Nachfolger des altersschwachen Forschungs-Methusalems "Hubble" soll nach bisherigen Planungen in vier Jahren ins All starten. Der Plan: Mit seinem sechseinhalb Meter großen, aus Beryllium gefertigten Spiegel sucht das fliegende Hightech-Messgerät nach Zeugnissen des Urknalls, erforscht Struktur und Schicksal von Galaxien - und nimmt mögliche ferne Planetensysteme ins Visier.

Die Fahndung nach der Zwillingserde soll so ablaufen: Wenn das Teleskop einen sogenannten Transit beobachtet, also einen zum Beispiel von "Kepler" entdeckten Exoplaneten vor einem Stern vorbeiziehen sieht, dann wird ein Teil des Sternenlichts von der Planetenatmosphäre gefiltert. Und genau dabei, so hoffen die Wissenschaftler, lassen sich von "James Webb" mit Hilfe der Infrarotspektroskopie Biomarker wie Ozon und Methan nachweisen. Denn die Gase, die ein Beleg für Leben auf dem fernen Planeten sein könnten, absorbieren einen Teil des Sternenlichts und verändern so das Spektrum.

"Wir müssten ausgesprochenes Glück haben"

Kaltenegger hat sich nun einmal angesehen, ob "James Webb" seinen wichtigen Analyseauftrag tatsächlich zur Zufriedenheit erfüllen kann - mit ziemlich ernüchternden Ergebnissen, berichtet sie im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE: "Wir müssten ausgesprochenes Glück haben, um bei einem Transit eines Exoplaneten herauszubekommen, dass dessen Atmosphäre erdähnlich ist."

In der Praxis gibt es nämlich gleich zwei Probleme: Erstens stört das Restlicht des Sterns, das nicht von der Planetenatmosphäre beeinflusst wird, die Beobachtung. Zweitens bleibt für die nötigen Analysen nur wenig Zeit. "Das Problem ist, dass der Transit nur ein paar Stunden dauert", sagt Kaltenegger.

Die Beobachtung von fernen Planetensystemen ist erst relativ spät zu den Aufgaben des "James Webb"-Teleskops hinzugekommen. Die Planungen für den "Hubble"-Ersatz liefen bereits, als der große Exoplanetenboom der vergangenen Jahre einsetzte. Deswegen ist das Teleskop für die nötigen Beobachtungen nicht spezialisiert genug, argumentiert Forscherin Kaltenegger. In mathematischen Modellen, mit denen die Tauglichkeit von "James Webb" trotzdem bestätigt worden sei, hätten Forscher unrealistisch positive Annahmen getroffen. So sei mit kleinen Planeten gerechnet worden, die über eine extrem hohe Atmosphäre verfügten.

Doch in der Realität dürften solche Bedingungen eher selten zu finden sein. Mit Daten der Erdatmosphäre, die aus dem US-Spaceshuttle gesammelt wurden, fand Kaltenegger bei Modellrechnungen heraus, wie schwierig verlässliche Aussagen zu machen sind. Die verräterischen Biomarker lassen sich vergleichsweise schwierig nachweisen. Theoretisch funktioniert der Beleg am besten in den obersten Atmosphärenschichten. Doch dort gibt es nur wenige gasförmige Zeugnisse von Leben auf dem Planeten. Sie sind am ehesten nahe der Oberfläche zu finden, wo aber besonders wenig Licht durch die Atmosphäre dringt.

Das wäre alles kein Problem, wenn die Forscher genügend Zeit für ihre Untersuchungen hätten. Dann ließe sich herausfinden, welche Signale tatsächlich von interessanten Gasverbindungen stammen - und welche nur Störsignale von Sternenlicht sind. Doch Beobachtungszeit dürfte in vielen Fällen knapp sein. Tendentiell würden zunächst wohl Exoplaneten entdeckt, die kleinere Sterne umkreisen, argumentiert die Forscherin.

Der Grund dafür sei recht einfach: In diesen Fällen sei der Einfluss der Planeten auf das Zentralgestirn besonders groß - und die kreisenden Himmelskörper seien damit am ehesten aufzuspüren. Allerdings zögen die Planeten in diesen Fällen ihre Bahnen auch besonders nah am jeweiligen Stern, was wiederum für besonders kurze Transitzeiten sorgen würde. Das Fazit der Forscherin: "Wir müssen uns viele, viele Transits ansehen."

Es gelte, Hunderte Einzelbeobachtungen aufzusummieren, um auf diese Weise Aussagen über mögliches Leben in fernen Welten treffen zu können. Ein erdähnlicher Planet, der einen sonnenähnlichen Stern umkreise, brächte es pro Jahr auf zehn Stunden Transitzeit. Für 100 Beobachtungsstunden mit dem "Webb"-Teleskop seien also zehn Jahre nötig.

"Das wichtigste ist, die Schwierigkeiten zu kennen, um sie gekonnt zu umschiffen", sagt Kaltenegger. Sie schlägt vor, die Suche auf Exoplaneten zu konzentrieren, die sogenannte Rote Zwerge umkreisen. Diese kämen in unserer Milchstraße häufig vor, seien kühler und weniger hell als unsere Sonne. Weil sie auch kleiner seien, könne man Planeten auch vergleichsweise leicht aufspüren.

Ein erdähnlicher Planet würde vergleichsweise nahe an seinem Stern rotieren müssen, um das Vorhandensein von flüssigem Wasser zu ermöglichen. Damit wären Transitphasen zwar nur kurz, aber sie würden eher häufig stattfinden. Mit genügend Geduld ließe sich auf diese Weise vielleicht doch ein Erdzwilling aufspüren, sagt hofft Kaltenegger - wenn man lange genug beobachtet.

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