Exoplaneten-Systematik Schubladen für ferne Welten

Wie ein Planet in den Tiefen des Alls beschaffen ist, können Astronomen nur ungefähr sagen. Forscher haben jetzt eine Systematik aller denkbaren Planetentypen entwickelt, die das Klassifizieren von Erdzwillingen erleichtern soll.

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Die Frage, ob es im Universum noch anderswo als auf der Erde Leben gibt, treibt die Menschheit schon seit Jahrhunderten um. Doch erst vor 15 Jahren konnten Forscher erstmals einen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems beobachten - und auch das nur indirekt. Auf solchen Exoplaneten, so glaubt man, könnten am ehesten die Bedingungen vorherrschen, die Leben ermöglichen - vorausgesetzt, sie sind der Erde in etwa ähnlich.

Inzwischen sind mehr als 200 extrasolare Planeten bekannt. Bei den meisten handelt es sich jedoch um Gasriesen vom Kaliber des Jupiters, Felsbrocken von der Größe und Masse der Erde sind nur wenige darunter. Dies bedeutet jedoch nicht unbedingt, dass es nicht Tausende oder gar Millionen davon geben könnte. Denn je kleiner und leichter ein Exoplanet ist, umso schwerer lässt er sich aufspüren.

Wie erdähnliche Exoplaneten prinzipiell beschaffen sein können, haben Wissenschaftler vom Goddard Space Flight Center der Nasa jetzt berechnet. "Wir haben über alle denkbaren Arten von Planeten nachgedacht, die es da draußen geben könnte", sagte Teamleiter Marc Kuchner. Im Grunde sei man wie "Star Wars"-Regisseur George Lucas vorgegangen. "Die Forscher eröffnen sozusagen ein Panorama aller denkbaren Planetenarten", sagte Arnaud Cassan von der Universität Heidelberg im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. Der Astronom hatte Anfang 2006 gemeinsam mit Kollegen einen Exoplaneten mit 5,5-facher Erdmasse entdeckt.

Größen und Materialien im Vergleich

Exoplaneten-Typologie: Die Grafik zeigt die Größe von Planeten mit einfacher (oben) oder fünffacher Erdmasse (unten). Eisenplaneten sind am kleinsten (links), solche aus Wasserstoff am größten (rechts)
NASA / GSFC

Exoplaneten-Typologie: Die Grafik zeigt die Größe von Planeten mit einfacher (oben) oder fünffacher Erdmasse (unten). Eisenplaneten sind am kleinsten (links), solche aus Wasserstoff am größten (rechts)

Kuchners Team hat Modelle für 14 verschiedene Planetentypen entwickelt. Sie bestehen aus Materialien wie Wassereis, Kohlenstoff, Eisen, Silikat und Kohlenmonoxid. Bei dieser Auswahl orientierte sich Kuchners Team an dem, was in sogenannten protoplanetaren Scheiben zu finden ist. Der gängigen Theorie zufolge entstehen Planeten, wenn sich das Material in den Scheiben, die um Sterne rotieren, zu immer größeren Klumpen zusammenfindet.

"Wir haben unserer Fantasie freien Lauf gelassen, um alle erdenklichen kleinen Planeten mit unseren Modellen abzudecken", sagte Kuchner. Man könne dann Vermutungen anstellen, wo welche Art von Planet entstanden sei. "Kohlenstoff- und Kohlenmonoxid-Planeten beispielsweise dürften weiter entwickelte Sterne wie Weiße Zwerge oder Pulsare bevorzugen, oder sie bilden sich in kohlenstoffreichen Scheiben wie um den Stern Beta Pictoris."

Für jedes Material berechneten die Forscher den Radius, den ein daraus bestehender Planet haben würde, wenn er eine bestimmte Masse hat (siehe Grafik Exoplaneten-Typologie oben). Dazu mussten sie kalkulieren, wie sehr die Gravitation den Planeten im Innern zusammenpresst. Ein aus Eisen bestehender Planet von der Masse der Erde wäre beispielsweise deutlich kleiner als die Erde selbst, ein gleichschwerer Kohlenstoffplanet dagegen etwas größer als unser Planet, heißt es in einem Artikel, der im Oktober im "Astrophysical Journal" erscheinen soll. Die Erde gehört zur Klasse der Silikatplaneten, weil sie vor allem aus Silizium-Sauerstoffverbindungen besteht.

Probleme bei der Beobachtung

"Wenn man Gestein stark zusammenpresst, dann passiert nicht allzu viel, solange man einen bestimmten kritischen Druck nicht überschreitet", sagte Kuchner. Danach werde das Material jedoch zermalmt. Planeten verhielten sich genauso, aber wie sie auf Druck reagierten, hänge von ihrer Zusammensetzung ab. Die Forscher hoffen, dass ihr Modell bei der laufenden Suche nach Erdzwillingen helfen kann.

Der Heidelberger Exoplanetenforscher Cassan hält den Ansatz der Amerikaner allerdings für "sehr theoretisch". Die relativ kleinen Exoplaneten, auf die sich Kuchners Team konzentriert habe, seien gleichwohl von besonderem Interesse, weil sie der Erde ähneln könnten.

"Wir beobachten solche kleine Planeten seit einigen Jahren, aber wir wissen nicht, wie sie beschaffen sind", sagte Cassan. Mit der Transitmethode und der Radialgeschwindigkeits-Messung (siehe Kasten) könnten Forscher prinzipiell Radius und Masse eines Exoplaneten bestimmen. Das sei bei kleinen Objekten aus der Erdkategorie derzeit noch nicht möglich. Das werde sich aber bald ändern, erklärte Cassan - und dann könne sich die Arbeit seiner US-Kollegen als hilfreich erweisen.

Die Forscher vom Goddard Space Flight Center wissen, dass ihr Modell an Grenzen stößt, etwa wenn es um die Frage geht, ob ein Exoplanet aus Silikat oder Kohlenstoff besteht. Bei gleicher Masse unterscheiden sich zwei solch unterschiedlich zusammengesetzte Exoplaneten in ihrer Größe kaum. Die Transit-Methode hilft deshalb kaum weiter. In diesem Fall müsse man auf Spektralanalysen zurückgreifen, die Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung der Planeten erlauben, sagte Kuchner.

Um aber das Lichtspektrum eines Planeten analysieren zu können, muss man ihn direkt beobachten können, was mit heutiger Technik kaum möglich ist. Erst die nächste Generation von Instrumenten - etwa das amerikanische James-Webb-Teleskop oder der im Dezember 2006 gestartete europäische "Corot"-Satellit - sollen dazu in der Lage sein.

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