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Astronomie: Forscher fotografieren erstmals Exoplaneten

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Stern Fomalhaut und Umgebung: Gerade einmal 25 Lichtjahre von der Erde entfernt Zur Großansicht
REUTERS / NASA / ESA / Kalas / Graham / Chiang / Kite / Clampin / Fitzgerald / Stapelfeldt / Krist

Stern Fomalhaut und Umgebung: Gerade einmal 25 Lichtjahre von der Erde entfernt

Fieberhaft suchen Wissenschaftler nach einer zweiten Erde im All. Bisher mussten Astronomen auf indirekte Beobachtungen setzen, um Planeten in anderen Sternensystemen aufzuspüren. Nun melden gleich zwei Forscherteams, sie hätten Fotos von Planeten in fernen Welten geschossen.

Ob wir Erdbewohner allein im All leben, ist eine fundamentale Fragen der Menschheit. Deswegen ist die Suche nach fernen Planeten, die um Sterne außerhalb des Sonnensystems kreisen, für Astronomen eine ganz besondere Aufgabe. Letzten Endes geht es um die Suche nach der zweiten Erde. Seitdem der erste sogenannte Exoplanet Anfang der neunziger Jahre entdeckt wurde, gibt es regelmäßig Berichte über neu gefundene Exemplare. In der " Enzyklopädie der extrasolaren Planeten" finden sich mittlerweile mehr als 320 Vertreter - unter ihnen sogar welche, die nicht viel schwerer sind als unsere Erde.

Bisher mussten die Astronomen stets auf indirekte Beobachtungen setzen, um die Exoplaneten aufzuspüren. In manchen Fällen wiesen sie nach, dass das Licht eines fernen Sterns periodisch schwankt - und dies nur durch das Vorbeiziehen eines Planeten vor dem Zentralgestirn zu erklären ist. Und in anderen Fällen konnten sie beobachten, dass der Stern wegen der Gravitationswirkung des ihn umkreisenden Planeten ein ganz klein wenig hin und her schwankt. Dadurch verschiebt sich das Spektrum seines ausgestrahlten Lichtes mit der Regelmäßigkeit eines Uhrwerks.

Nun scheint es Astronomen erstmals zweifelsfrei gelungen zu sein, Exoplaneten direkt zu beobachten. Das Magazin "Science" veröffentlicht dazu in seiner aktuellen Ausgabe die Artikel von gleich zwei Forscherteams. Eine Gruppe, angeführt von Paul Kalas von der University of California in Berkeley, hat mit dem "Hubble"-Weltraumteleskop ein Exemplar fotografiert, das gerade einmal 25 Lichtjahre von der Erde entfernt um einen Stern namens Fomalhaut kreist. Ein zweites Team unter der Leitung von Christian Marois vom kanadischen NRC Herzberg Institute of Astrophysics in British Columbia ist mit den erdgebundenen Teleskopen "Keck" und "Gemini North" sogar drei Mal fündig geworden, in rund 130 Lichtjahren Entfernung von der Erde. "Wir können mit Sicherheit sagen, dass unsere Entdeckung das erste Bild eines Multiplanetensystems ist", sagt Christian Marois im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE.

Beide Planetensysteme weisen große Ähnlichkeiten auf, wie der Nasa-Forscher Mark Marley bemerkt, der die aktuellen Forschungsergebnisse in "Science" kommentiert. Die betreffenden Sterne seien jeweils jünger, heller, wärmer und schwerer als unsere Sonne. Außerdem gebe es in beiden Planetensystemen riesige Scheiben von Staub und Gesteinsmaterial, die um die jeweiligen Zentralgestirne rotierten - ganz so wie im jungen Sonnensystem. Außerdem sind die neu beobachteten Planeten allesamt vergleichsweise jung. "Es hat viele Versuche gegeben, helle, junge Planeten abzubilden. Diese beiden Beiträge präsentieren endlich das erfolgreiche Ergebnis", schwärmt Marley im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE.

Besonders im Fall des Trios, das vom Team um den Kanadier Marois in der Nähe des Sterns HR 8799 gefunden wurde, war das geringe Alter der Grund der Entdeckung. Die Planeten, zwei sind zehn Mal so schwer wie Jupiter und einer sieben Mal, sind mit 60 Millionen Jahren kosmische Kindergartenkinder. Sie glühen noch von der Hitze bei ihrer Entstehung und sind deswegen in Infrarotaufnahmen sichtbar. Das hitzige Trio zieht seine Bahnen vergleichsweise weit entfernt von seinem zentralen Stern, in 24-, 37- und 67-facher Entfernung Erde-Sonne. Näher am Zentralgestirn, so schreiben die Forscher, könnten sich auch weitere, kleinere und kühlere Planeten befinden. Diese seien aber noch nicht nachweisbar.

Der vom Kalas-Team beobachtete Planet war hingegen im Infrarotbereich unsichtbar. Dafür wurden die Wissenschaftler im Bereich des sichtbaren Lichts fündig - was sie besonders verblüffte. Sie erklären ihre Beobachtung damit, dass der Himmelskörper, der in etwa so schwer sein soll wie der Jupiter und für eine Umrundung seines Sterns immerhin 872 Jahre braucht, über ein riesiges Ringsystem verfügt. Es sei so weit ausgedehnt, dass die uns bekannten Saturnringe dagegen wie Kinderspielzeug aussähen. Das in den Ringen gesammelte Material würde in der Summe genug Licht reflektieren, um den Planeten sichtbar zu machen.

Achtung, Verwechslungsgefahr!

Angebliche Bilder von Exoplaneten gab es in der Vergangenheit bereits. Sie waren nur, wie sich später herausstellte, gar keine.

Wer, wie die Forschergruppen um Kalas und Marois, planetare Begleiter eines fernen Sterns direkt beobachtet haben will, muss vor allem zwei Dinge nachweisen: Zum einen sollte gesichert sein, dass dort tatsächlich ein Planet seine Bahnen zieht - und nicht ein sogenannter Brauner Zwerg, also ein Beinahe-Stern, bei dem die Wasserstofffusion nicht in Gang gekommen ist. Wichtig ist hierbei die Masse des Objekts: Braune Zwerge haben mehr als 13 Jupitermassen. Beim Himmelsobjekt Gliese 229B ist das etwa der Fall. Es umkreist zwar einen Stern, ist aber ein Brauner Zwerg - und eben kein Planet.

Zum anderen gilt es zu zeigen, dass es sich beim Zentralgestirn tatsächlich um einen Stern handelt. Auch das ist nicht immer der Fall, so wurde bereits das Objekt 2MASS 1207B mit mehrfacher Jupitergröße beobachtet, das einen Braunen Zwerg umkreist - und damit keinen Stern.

Auf Fotosafari im Weltall

In den aktuellen Fällen, so glauben die beide Forscherteams, sind die beiden Kriterien für Exoplaneten aber ohne Zweifel erfüllt. Die Gruppe um Maraois versucht anhand der Leuchtkraft nachzuweisen, dass die beobachteten drei Himmelskörper unter der wichtigen Grenze von 13 Jupitermassen liegen. Sie seien vergleichsweise lichtschwach, genau so, wie es Modelle zur Planetenbildung erwarten ließen. Außerdem seien keine Fälle bekannt, in denen insgesamt drei braune Zwerge ein Zentralgestirn - der Sternenstatus von HR 8799 gilt als unbestritten - umkreisten. "Kepler höchstpersönlich würde die Objekte als Planeten anerkennen - und vermutlich ziemlich stolz darauf sein, dass sie den von ihm formulierten Bewegungsgesetzen gehorchen", lobt Nasa-Experte Marley.

Das Kalas-Team, das von sich sagt, seine Entdeckung sei "definitiv" ein Planet, verweist auf den riesigen Ring aus Staub und Gestein, der zusammen mit dem Planeten das Zentralgestirn des Systems umkreist. Er sei so geformt, dass der neu entdeckte Exoplanet maximal drei Mal so schwer sein kann wie der Jupiter.

"Der heilige Gral der Planetensuche ist wohl das erste direkte Bild eines erdähnlichen Planeten", gesteht Paul Kalas im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE ein. Doch genau solch ein Bild wird es wohl auf absehbare Zeit nicht geben, ergänzt Nasa-Mann Marley - zumindest bis eines Tages ein speziell für die Planetensuche ausgestattetes Weltraumteleskop ins All gebracht wird.

Trotzdem, so Forscher Kalas, seien die Ergebnisse seines Teams ein wichtiger Schritt auf dem Weg bei der Suche nach der zweiten Erde, schließlich hätten die Forscher ihr Bild im Bereich des sichtbaren Lichts gemacht. "So werden Erden, die andere Sterne umkreisen, in Zukunft fotografiert werden." Der Vorteil: Die Astronomen können auf diese Weise auch das Spektrum der fernen Welten untersuchen - und so Rückschlüsse auf deren Atmosphäre ziehen.

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