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Die Atmosphären anderer Erden

März 26th, 2009

Alpha-Centauri ist ein Doppelsternsystem, hier mit einem Pfeil markiert

Alpha-Centauri ist ein Doppelsternsystem, hier mit einem Pfeil markiert

Die Suche nach anderen Erden

Die Erforschung von Exoplaneten führt bis heute an den Rand des technisch Machbaren. Das Grundproblem ist der große Masseunterschied zwischen Planeten und ihren Sternen – und die Leuchtkraft. Eine Reihe von Entdeckungsmethoden ist im Einsatz, um ferne Planetensysteme aufzuspüren. Alle setzen jedoch darauf, dass in jenem System planetare Extrembedingungen vorherrschen, was für uns die Entdeckung vereinfacht. Ist ein Kandidat besonders massereich oder umkreist er seinen Zentralstern in besonders kleinem Abstand? Solche Kandidaten stellen bis heute das Gros der 344 entdeckten Exoplaneten. Die Suche nach kleinen massearmen erdähnlichen Planeten, die in der habitablen Zone um ihren Stern kreisen, begünstigt diese ungewollte Auswahl leider nicht.

Doch die Planetenjäger wollen diesen Zustand ändern. Nach dem Start des NASA-Teleskops Kepler sollte in wenigen Jahren eine Reihe erdähnlicher Planeten bekannt sein. Doch Kepler ist nicht in der Lage, seine Funde genauer, beispielsweise auf Biomarker wie Ozon oder Methan hin, zu untersuchen. Neuartige hochauflösende Teleskope wie das 2013 zu startende James Webb Space Telescope (JWST) stehen in naher Zukunft zur Verfügung. Werden sie in der Lage sein, uns Antworten über die fernen Erden zu geben?

Es wird ausgesprochen schwierig

Die US-amerikanischen Forscher Lisa Kaltenegger vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics sowie Wesley Traub vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) haben nun untersucht, zu welchen Antworten das JWST kommen kann und wo es auf eigene technische Grenzen stößt. Ihre Ergebnisse, die auch im Web abrufbar sind, veröffentlichten sie kürzlich in The Astrophysical Journal.

Die Wissenschaftler untersuchten die Möglichkeit, während eines Transits mehr über die chemischen Bestandteile in der Planetenatmosphäre zu erfahren. Ein Transit passiert bei allen Systemen, deren planetare Ebene von der Erde aus gesehen den Zentralstern bedeckt. Allein dieser Fakt ist nicht sonderlich wahrscheinlich, doch gingen sie davon aus, dass wir in naher Zukunft eine Zahl solcher Welten gefunden hätten und mit einem dem JWST ähnlichen Teleskop einen Blick darauf werfen könnten. Geht man von einem sonnenähnlichen Stern und einem Planeten wie der Erde aus, klingt ihr Ergebnis ernüchternd:

„Wenn wir es wirklich schaffen, die Atmosphäre eines Planeten zu entschlüsseln, um daraus zu schließen, dass es sich um einen erdähnlichen Planeten handelt, müssten wir schon sehr viel Glück haben“, sagte Kaltenegger. „Denn dafür müssten wir eine sehr große Zahl von Transits beobachten, vielleicht mehrere hundert, selbst für Sterne in einem Abstand von nur 20 Lichtjahren. Das Vorhaben, weiter entfernte Atmosphären zu untersuchen, wird ausgesprochen schwierig, ist aber auch ungemein spannend.“

Ein eineiiger Zwilling unseres Planetensystems lässt sich nur in unmittelbarer Nachbarschaft untersuchen. Der einzige Stern, der wie unsere Sonne ein Typ-G-Stern ist, wäre Alpha Centauri A, bei dem bisher gar keine planetaren Begleiter gefunden wurden.

Nun erweiterten die Forscher ihr Auswahlkriterien. Während sonnenartige gelbe Typ-G-Sterne in der Milchstraße nur eine Randrolle spielen, stellen die leuchtschwächeren roten Typ-M-Sterne die Mehrheit der Population. Die habitable Zone, der Bereich also, in dem Wasser flüssig ist, rückt dabei deutlich an den Stern heran. Hier vorkommende erdähnliche Exoplaneten müssten nicht nur in geringerem Abstand um ihren Stern kreisen, sondern auch mit einer kleineren Periode. Typ-G-Sterne sind demnach der perfekte Hort für erdähnliche Planeten, über die wir mehr erfahren wollen: Sie treten in der Milchstraße besonders häufig auf und erzeugen potentiell deutlich mehr der für die Untersuchung essentiellen Transits.

Zuletzt stellen die Forscher fest, dass neue Teleskope irgendwann auch in der Lage sein werden, Exoplaneten direkt abzubilden, ohne auf Transits angewiesen zu sein. „Die direkte Erfassung von Photonen vom Planeten selbst könnte sich zur ultimativen Untersuchungsmethode ferner Atmosphären entwickeln“, so Kaltenegger. Mit den Teleskopen Hubble und Spitzer ist es bereits gelungen, die Zusammensetzung extrem heißer und massereicher Exoplaneten direkt zu untersuchen. Das nächste Ziel ist die Charakterisierung eines „kleinen blauen Punktes“, entweder durch hunderte Transits vor seinem Zentralstern oder die direkte Beobachtung.