Exoplaneten: Techniken und Entdeckungen

Exoplaneten: die Suche nach bewohnbaren Welten

„Sind wir allein im Universum?“. Diese Frage beschäftigt unsere Astronomen schon seit langem. Um diese Frage zu beantworten, müssen wir wissen, ob es andere Planeten gibt, auf denen sich andere Lebensformen entwickeln könnten, daher die Suche nach Exoplaneten.

Exoplaneten befinden sich per Definition außerhalb unseres Sonnensystems. Angesichts der großen Anzahl existierender Galaxien und der großen Anzahl an Sternen, die sie enthalten, ist die Suche nach diesen Exoplaneten oder extrasolaren Planeten endlos. Allerdings ist es nicht einfach, solche Planeten zu entdecken. Sie sind sehr weit von uns entfernt, erzeugen kein Licht und der Stern, um den sie kreisen, blendet uns. Das Hubble-Weltraumteleskop kann Pluto nur als kleinen Fleck erkennen. Wie können wir einen extrasolaren Planeten finden, der Millionen Mal weiter entfernt ist als Pluto?

Die Erde dreht sich um die Sonne, aber in Wirklichkeit drehen sich beide um den Schwerpunkt des Gravitationssystems, aus dem sie bestehen, wenn ein Stern von einem einzelnen Planeten begleitet wird. Aufgrund der viel größeren Masse des Sterns liegt das Zentrum viel näher an diesem als am Planeten. Obwohl es sich im Inneren des Sterns befindet, entspricht es nicht genau dem Zentrum des Sterns.

Der Stern weist daher eine gewisse Variation auf, die durch die Anwesenheit des Planeten verursacht wird. Diese Technik besteht darin, diese Variationen im Spektrum des vom Stern emittierten Lichts zu erkennen.

Durch den Doppler-Effekt erscheint es röter, wenn es sich vom Beobachter entfernt, und blauer, wenn es sich nähert.

Techniken zur Erkennung von Exoplaneten in der Milchstraße

Mehrere Methoden ermöglichen es uns, Exoplaneten in unserer Galaxie zu entdecken. Hier sind die wichtigsten Techniken, die Astronomen verwenden:

1. Radialgeschwindigkeitsmethode (Doppler)

• Erkennt die Schwankungen eines Sterns, die durch die Schwerkraft eines Planeten verursacht werden
• Misst die Doppler-Verschiebung des Sternenlichts
• Ermöglicht die Bestimmung der Mindestmasse des Planeten

Einschränkung: effektiver für massereiche Planeten in der Nähe ihres Sterns.

2. Transitmethode

• Erkennt den Helligkeitsabfall, wenn ein Planet vor seinem Stern vorbeizieht
• Ermöglicht die Schätzung der Größe des Planeten
• Ermöglicht die spektroskopische Untersuchung von Atmosphären

Einschränkung: erfordert eine perfekte Ausrichtung zwischen Stern, Planet und Beobachter.

3. Direkte Bildgebung

• Direkte Fotografie von Exoplaneten
• Verwendet Koronographen, um Sternenlicht zu blockieren
• Bietet direkte Informationen über den Planeten

Einschränkung: Besonders wirksam bei jungen, massereichen und entfernten Planeten.

4. Gravitationsmikrolinse

• Erkennt Verzerrungen des Sternenlichts im Hintergrund
• Kann Planeten in großer Entfernung entdecken
• Kann schwebende Planeten erkennen

Einschränkung: einzigartiges und nicht reproduzierbares Phänomen.

5. Astrometrie

• Misst die Bewegungen eines Sterns in der Himmelsebene
• Empfindlich gegenüber Planeten in großen Umlaufbahnen
• Komplementäre Methode zu anderen Techniken

Einschränkung: erfordert extreme Messgenauigkeit.

Diese Methoden haben es ermöglicht, Tausende von Exoplaneten zu entdecken und die Vielfalt der Planetensysteme in unserer Galaxie zu offenbaren.

Die Jagd nach Exoplaneten

Die Suche nach Exoplaneten besteht darin, die Schwingungen von Sternen zu entdecken, deren Eigenschaften mit denen der Sonne identisch sind.

• Zielt hauptsächlich auf sonnenähnliche Sterne (Klasse G)
• Erkennt durch Planeten verursachte Gravitationsstörungen
• Misst Schwankungen der Radialgeschwindigkeit von Sternen

Diese Jagd beschränkt sich hauptsächlich auf Gasriesen, die um ihren Stern kreisen.

• Heiße Jupiter sind am einfachsten zu erkennen
• Massive Planeten erzeugen stärkere Schwingungen
• Nähere Umlaufbahnen erzeugen häufigere Signale

Die Bedeutung der Riesen

Die Menge an Staub und Gas in einem protosolaren Nebel bestimmt die Größe und Anzahl der Planeten, die sich aus dieser Scheibe bilden.

• Die Masse der protoplanetaren Scheibe bestimmt das endgültige Planetensystem
• Je massereicher die Scheibe ist, desto größer werden die entstehenden Planeten
• In den äußeren Bereichen der Scheibe bilden sich Gasriesen

Wenn die Menge an Staub und Gas sehr groß ist, entsteht ein zweiter und dann ein dritter Riese.

• Mehrere Riesensysteme offenbaren sehr reiche protoplanetare Scheiben
• Diese vielfältigen Systeme haben großen Einfluss auf die Planetenarchitektur
• Durch Interaktionen zwischen Riesen können Planeten aus dem System geschleudert werden