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Wie entdeckt man einen Exoplaneten?

Mehr als 4.000 Planeten um fremde Sterne haben Astronomen schon aufgespürt – und fast täglich werden es mehr. Doch wie findet man einen Exoplaneten? Einfach durch ein Teleskop zu schauen, reicht dafür leider nicht aus. Stattdessen nutzen Astronomen zwei indirekte Methoden: Sie suchen nach verräterischen Schwankungen im Licht des Sterns, um den möglicherweise ein Planet kreist. Wir erklären, wie das funktioniert.

Während Sterne oft so hell leuchten, dass wir sie schon mit bloßem Auge am Himmel sehen können, ist dies Planeten anders. Sie zeigen nur den schwachen Widerschein, den das von ihrer Oberfläche reflektierte Licht ihres Sterns zurückwirft – so wie unserer Erde aus dem All betrachtet bläulich zu leuchten schein. Schon bei den weiter entfernten Planeten in unserem eigenen Sonnensystem jedoch ist dieser Widerschein so schwach, dass sie selbst mit Teleskopen nur schwer zu erkennen sind. Kreist ein Planet um einen fremden Stern, wird es noch schwieriger. Denn dann überstrahlt das sehr viel hellere Licht seines Zentralsterns das schwache Signal des Planeten.

Radialgeschwindigkeit: Verräterisches Taumeln

Wie aber kann man dann trotzdem Planeten um andere Sterne aufspüren? Astronomen nutzen dafür zwei indirekte Methoden. Die erste nutzt die Schwerkraftwirkung eines Planeten auf seinen Stern. Wenn beispielweise der massereiche Gasriese Jupiter die Sonne umkreist, zieht seine Schwerkraft an unserem Heimatstern. Als Folge bewegt sich die Sonne ein ganz kleines Bisschen in Richtung der Position, an der der Jupiter gerade steht. Weil der Jupiter sich bewegt, führt dieser Effekt zu einem winzigen Taumeln der Sonne.

Ähnlich ist es auch bei extrasolaren Planeten. Ihr Schwerkrafteinfluss lässt ihren Zentralstern ganz leicht eiern – und das beeinflusst die Merkmale der Strahlung, die von diesem Stern ausgeht. Wie beim Schall eines vorbeifahrenden Feuerwehrwagens kommt es auch beim Sternenlicht zu einem Doppler-Effekt: Das Licht verschiebt sich leicht in den roten Bereich, wenn der Stern von uns weg taumelt und in den blauen Bereich, wenn er auf uns zu schwingt.

Diese Verschiebungen im Lichtspektrum des Sterns können Astronomen durch spezielle, mit der Teleskopoptik verbundene Spektrographen messen. Die Spektralkurven dieser Messungen enthüllen nicht nur das Ausmaß des "Taumelns", sondern zeigen auch, ob es periodisch, also in regelmäßigem Takt abläuft. Weil sich Planeten innerhalb fester Zeiten durch ihre Umlaufbahnen bewegen, ist eine solche Regelmäßigkeit ein Indiz für die Präsenz eines Planeten.

Im Herbst 1995 gelang es den Astronomen Michel Mayor und Didier Queloz mit dieser sogenannten Radialgeschwindigkeits-Methode, den ersten Planeten um einen fremden Stern zu entdecken. Dieser Exoplanet war ein großer Gasplanet etwa der halben Jupitermasse, der rund 50 Lichtjahre von uns entfernt den sonnenähnlichen Stern 51 Pegasi eng umkreiste. Für diese Entdeckung erhielten die beiden Astronomen im Oktober 2019 den Physik-Nobelpreis.

Transitmethode: Delle in der Lichtkurve

Doch es gibt noch eine weitere Methode, um Exoplaneten aufzuspüren – und auch bei ihr spielt das Sternenlicht die entscheidende Rolle. Allerdings verbirgt sich das Signal des gesuchten Planeten bei ihr nicht in den Verschiebungen der Lichtwellenlängen, sondern in der Helligkeit des Sterns. Diese wird leicht gedimmt, wenn der Planet von uns aus gesehen vor seinem Stern vorüberzieht.

Ähnlich wie beim Transit der Planeten Venus oder Merkur vor unserer Sonne verdeckt der Planet einen winzigen Teil der Sternenoberfläche. Dadurch kommt bei uns ein klein bisschen weniger Licht an – in der Lichtkurve des Sterns zeigt sich eine Senke. Tritt diese Senke regelmäßig auf und zeigt die typisch trogförmige Ausprägung, ist dies ein Indiz dafür, dass dieses Abdimmen von einem Planetentransit hervorgerufen wurde. Zwar können auch Sternenflecke ein leichtes Abdimmen im Sternenlicht verursachen, ihre Signaturen sind aber flacher und verändern sich im Laufe der Zeit.

In den letzten Jahren hat vor allem das Weltraumteleskop Kepler mit dieser Transitmethode mehr als 2.500 Exoplaneten aufgespürt. Unter ihnen ist der erste Erdzwilling in der habitablen Zone seines Sterns und der ersten Exoplanet mit zwei Sonnen. Auch die ersten extrasolaren Planetensysteme und möglicherweise einen ersten extrasolaren Mond haben Astronomen mit Hilfe dieses Teleskops entdeckt. Inzwischen ist Kepler außer Betrieb, aber sein Nachfolger, der im April 2018 gestartete Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), hat nun seinen Job als Planetenjäger übernommen.

 

NPO, 09.10.2019
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