Exoplaneten
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Was sind Exoplaneten eigentlich? Das Wort ist eine Abkürzung von “extrasolarer Planet” und bezeichnet einen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems. Schon seit Jahrzehnten suchen Astrophysiker nach solchen Planeten, motiviert durch die Suche nach Leben fernab unserer Erde. Die ersten beiden Exoplaneten wurden 1992 entdeckt. Sie umkreisen einen Pulsar, also ein extrem schweres Überbleibsel eines Sterns mit einem extrem starken Magnetfeld. Allein schon, dass Planeten in diesem Umfeld existieren können, ist eine Sensation!
Seitdem wurden über 5500 Exoplaneten durch Weltraumteleskope und Raummissionen entdeckt (Stand: Juni 2023). Hier kann man sich die aktuelle Zahl bestätigter und vermuteter Exoplaneten ansehen.
Unsere Suche nach Exoplaneten hat uns eine Vielzahl spannender Arten von Planeten beschert, wie Heiße Jupiter, Supererden und Neptinis. Bisher übersteigen sie unser Verständnis von Planetenbildung und ihrer weiteren Entwicklung.
Heiße Jupiter sind Gasplaneten, die sehr nahe und mit hoher Geschwindigkeit innerhalb einiger Tage um ihren Stern kreisen. Wir verstehen bisher nicht, wie genau sich Heiße Jupiter bilden können, weil sich Gasplaneten laut aktueller Theorien in deutlich größerer Entfernung bilden, hinter der sogenannten Eislinie.
Supererden und Mini-Neptuns sind Planeten, die größer sind als die Erde aber kleiner als Neptun – daher der Name. Diese Planeten sind vermutlich die häufigsten Planeten, die wir bisher entdeckt haben. Allerdings verstehen wir noch nicht, woraus sie genau bestehen. Einige mögen kleine Gesteinsplaneten mit dünner Atmosphäre sein, so wie die Erde. Andere könnten eine dicke Atmosphäre aus Gasen oder “planetaren Eisen” haben, wie Neptun.
Diese für uns ungewöhnlichen Arten von Planeten werfen wichtige Fragen zur Entstehung und Entwicklung von Planetensystemen auf: Sind solche Planeten häufig oder selten? Ist der Aufbau unseres Sonnensystems üblich oder nicht? Bisher haben wir noch kein Planetensystem entdeckt, das unserem stark ähnelt. Allerdings steigen unsere Chancen mit jedem neu entdeckten Exoplaneten und jedem neuen Beobachtungsinstrument.
An der Universität Rostock werden aktiv “Heiße Jupiter” erforscht – die Ergebnisse fließen in Modelle zum inneren Aufbau, ihrer Entwicklung und ihrer Atmosphäre ein. Ein Forschungsschwerpunkt ist die Verbindung von Wolken und Wärme: Auch andere Planeten als die Erde besitzen Atmosphären, in denen sich Wolken bilden können.
Diese können wie eine riesige Decke wirken und verhindern, dass die Wärme aus dem tiefen Inneren des Planeten in den Weltraum entkommen kann. Forschende vermuten, dass es auf Heißen Jupitern sogar Wolken aus Eisen und Mineralien geben kann. Die Temperaturen dort sind so hoch, dass Wasserwolken nicht mehr entstehen können.
Wir untersuchen, unter welchen Bedingungen sich Wolken auf Gasplaneten bilden und wie stark die Wolken verhindern, dass sich der Planet im Laufe seines “Lebens” abkühlt.
Was wie ein Raumschiff aus einem Film aussieht, ist das James Webb Space Telescope der NASA. Es kann sehr dunkle und weit entfernte Objekte aufspüren und wird dabei helfen, die Atmosphäre von Exoplaneten zu untersuchen. Dabei wird es nach Spuren von Methan suchen, die ein Zeichen von organischem Leben sein können. Zahlreiche andere Teleskope widmen sich ebenfalls der Suche nach Exos.
Um diese nachzuweisen nutzen wir zwei verschiedene Ansätze: Die Transitmethode und die Radialgeschwindigkeitsmethode.
Die Transitmethode nutzt aus, dass sich eine Lichtquelle (ein Stern) verdunkelt, wenn sich ein Objekt (ein Planet) davor vorbeibewegt. Wenn wir also beobachten, dass sich die Helligkeit eines Sterns immer wieder verringert, bewegt sich vermutlich ein Planet vor dem Stern.
Für diese Methode brauchen wir sehr empfindliche Teleskope: Sterne sind riesig im Vergleich zu den meisten Planeten. Dadurch sinkt die Helligkeit nur Bruchteile eines Prozents!
Wenn wir das Ausmaß der Verdunklung und die Größe des Sterns kennen, können wir die Größe des Planeten bestimmen. Aus dem zeitlichen Abstand zwischen den Transits können wir den durchschnittlichen Abstand des Planeten zum Stern berechnen.
Wenn man ein Gewicht in den Händen hält und sich dreht, dann befindet sich die Rotationsachse zwischen einem selbst und dem Gewicht. Das gleiche passiert mit einem Stern, um den ein Planet kreist: Der Stern „wackelt“ durch die Planetenbewegung ein wenig.
Dieses Wackeln ist die Grundlage für die Radialgeschwindigkeitsmethode, bei der wir die Bewegung eines Sterns messen. Bewegt sich der Stern auf die Erde zu, ist sein Licht blauer, entfernt er sich, ist das Licht rötlicher.
Diese Farbänderung nennt man Dopplereffekt – der ist übrigens auch der Grund, warum sich die Tonhöhe einer Krankenwagensirene ändert, während der Krankenwagen an einem vorbeifährt.
Nicht alle Planeten befinden sich in einem Planetensystem. Einige Planeten sind einsame Wanderer im Weltall – sogenannte vagabundierende Planeten. Sie haben sich entweder in Planetensystemen gebildet und wurden dann durch instabile Umlaufbahnen aus dem System geworfen oder sie bildeten sich ähnlich wie Sterne.
Audioguide
Promovierende vom Institut für Physik der Uni Rostock geben spannende Einblicke in ihre Forschung und erklären das Weltall.
Schätzfrage
Wie lange bräuchte man mit heutiger Technologie für eine Reise zum nächstgelegenen Exoplaneten Proxima b?