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Leseproben
 

Thüringer Planetenjäger mit Weltrekord

"Das Raumschiff verlor an Geschwindigkeit. Der in rotes Gewölk gehüllte Planet verdeckte die Sterne. Immer langsamer glitt ein Ozean vorbei, in dem sich das Sonnenlicht wie in einem gewölbten Spiegel brach. Kraterübersät trat ein bräunlicher Kontinent hervor. Die Männer an ihren Plätzen sahen nichts davon.

Tief unter ihnen, in den Titankammern des Triebwerks, dröhnte ein gedämpftes Tosen, eine riesige Last zog ihnen die Finger von den Hebeln.

In den Bereich des Bremsstrahls geriet eine Wolke, glänzte weißlich auf wie bei einer Quecksilberexplosion, zerfiel und war verschwunden. Einen Augenblick schwoll das Triebwerkgeheul an. Die rötliche Scheibe in der Tiefe wurde flach: So verwandelt sich ein Planet in ein Festland. Nun hoben sich bereits sichelförmige Dünen ab, über die der Wind hinwegfegte. Lavastränge, die von einem nahe gelegenen Krater auseinanderliefen wie Radspeichen, warfen den Feuerschein aus den Raketendüsen lodernd zurück, so daß er das Sonnenlicht überstrahlte."

So gestaltete sich die Annäherung des "Unbesiegbaren" an den Planeten Regis III. Diese Landung hat niemals wirklich stattgefunden, obwohl sie Millionen von Sciencefiktion-Fans miterlebt haben. Der Klassiker des polnischen Sciencefiktion-Autors Stanislav Lem aus den 50er Jahren des letzten Jahrhunderts steht auch heute noch in so manchem Bücherschrank.

Und auch 50 Jahre nach dem Lems Hauptheld Rohan den Fuß auf Regis III gesetzt hat, ist die Landung eines Menschen auf einem extrasolaren Planeten noch immer eine Fiktion und daran wird sich auch in absehb
arer Zeit nichts ändern, denn der Bau eines "Unbesiegbaren" steht nach wie vor in den Sternen.

Deshalb wird von der guten alten Erde aus auf die Jagd nach solchen Sternenbegleitern gegangen, getrieben von wissenschaftlicher Neugier und der uralten bohrenden Frage, die immer wieder die Gemüter entzündet: Sind wir allein im All?

Kein Wunder also, daß am 6. Oktober 1995 die Nachricht der Entdeckung des ersten Planeten außerhalb unseres Sonnensystems durch die Astronomen Michel Mayor und Didier Queloz wie ein Lauffeuer um die Erde jagte und eine neue Art Goldfieber, das Planetenfieber unter Fachleuten und Amateuren auslöste.

Natürlich geht es den Planetenjägern nicht nur darum, überhaupt einen Planeten in den weiten des Alls aufzuspüren, was schon schwer genug fällt.

Das hervorgehobene Objekt der Begierde ist ein erdähnlicher Planet, also ein massearmes Objekt von ein bis maximal zehn Erdmassen, das sich möglichst noch in der sogenannten habitablen Zone des betreffenden Sterns befindet, sich also in einem Abstand um die Muttersonne bewegt, die flüssiges Wasser in ihm oder auf seiner Oberfläche als Voraussetzung für Leben möglich macht.

Letztendlich wollen wir doch bei aller Neugier auf die faszinierende Welt des Universums an erster Stelle wissen, ob es da in der Unendlichkeit des Alls eventuell doch Leben gibt, das dem auf unserer Erde wenigstens ein bißchen ähnlich ist. Die Vorstellung der Einmaligkeit ist eben nicht nur ererhebend, sondern auch irgendwie bedrückend.

Mittlerweile sind die Planetenjäger in über 100 Fällen fündig geworden, exotische Objekte, die keine Ähnlichkeiten mit dem blauen Planeten aufweisen, auch wenn ein paar darunter sind, die sich in der habitablen Zone der Sterne befinden. Diese erinnern aber eher an den Jupiter. Aufgeblasene Gaskörper mit einem verdichteten Kern. Lebensfeindliche Welten eben.

Die Jagd auf die extrasolaren Planeten oder auch Exo-Planeten macht so ihre Probleme. Sterne können wir am nächtlichen Himmel mit dem bloßen Auge sehen, auch wenn es nur ein kleiner Teil der ca 200 Milliarden Sonnen ist, die sich im kosmischen Feuer über die Jahrmilliarden verzehren. Aber die um sie möglicherweise kreisenden Planeten bleiben unseren unbewaffneten Blicken verborgen, können nur mit einem hohen technischen Aufwand entdeckt werden.

Dazu sind die Sterne, die sie in ihren Bann gezogen haben könnten einfach viel zu weit entfernt. Zwar leuchten auch die Planeten im im reflektierten Licht ihres Muttersterns, aber nur sehr schwach. Die Planeten werden so von ihrem Stern einfach überstrahlt. Mittlerweile weiß man, daß auch die Planeten eine gewisse Eigenstrahlung haben und zwar nicht nur in ihrem Entstehungsprozeß, in dem sie sich durch die Kompression der Nebelgase ganz schön aufheizen, sondern auch noch im fortgeschrittenen Alter.

So konnte nachgewiesen werden, daß der Jupiter auch heute, 4,5 Milliarden Jahre nach seiner Geburt noch immer eine eigene Reststrahlung aufweist.

Allerdings entspricht dieses Leuchten nur einem Milliardstel der Stärke der Leuchtkraft unserer Sonne. "Das gleicht etwa", so die Experten vom Max-Planck-Institut für extraterristische Physik in Garching auf der im Februar zum Thema "Planetenbildung: Das Sonnensystem und extrasolare Planeten" in Weimar stattgefundenen Konferenz, "dem Verhältnis der Leuchtkraft des nächtlichen Weimar zu jener eines Glühwürmchen."

Um Planeten im Umkreis von 30 Lichtjahren in direkter Beobachtung des interstellaren Raumes auszumachen müßte man ein Teleskop mit einem Spiegeldurchmesser von 100 Metern installieren, ein Unterfangen, das einfach an der Schwerkraft der Erde scheitern muß.

Um dieser Schwerkraftfalle zu entgehen werden kleinere Teleskope als Rieseninterferometer zusammengekoppeln, um so gewissermaßen das erforderliche aber auf der Erde nicht machbare Teleskop zu simulieren. Diese Methode wird als Imterferometrie bezeichnet. Im Bereich der Radiowellen funktioniert die Interferometrie schon recht gut. So wurde der braune Zwerg beim Stern Gliese 229 entdeckt.

Braune Zwerge sind riesige aufgeblähte Objekte im Massebereich von 13 bis 80 Jupitermassen, die es nicht ganz geschafft haben, in ihrem Bauch die Wasserstoffkernfusion zu zünden und so zu einer Sonne zu werden. Einige stehen im All ganz allein, andere sind Begleiter von Sternen. Es wird davon ausgegangen das sich die letzteren etwa in der gleichen Art herausgebildet haben, wie Doppelsterne, die ja im Universum häufig anzutreffen sind.

Die Massegrenze für die Enmtstehung einer onne, also dafür, daß eine Wasserstofffusion stattfindet liegt bei 0.08 Sonnenmassen, das entspricht 80 Jupitermassen. Braune Zwerge sind aber auch keine Planeten, denn in ihnen wütet eine andere Fusion, die des Deutriums. Die wird frühestens bei 13 Jupitermassen in Bewegung gesetzt. Planeten sind Objekte, in denen aufgrund ihrer geringen Masse keine Fusionsprozesse stattfinden und die sind eben in direkter Beobachtung nur sehr schwer auszumachen.

Jetzt will man erneut einen Anlauf versuchen, um diese Methode auch im Bereich des vom menschlichen Auge wahrgenommenen Lichtes erproben zu können. Deshalb sollen die vier 8-Meter-Spiegelteleskope der ESO zusammengeschaltet werden, um so auch kleinere Objekte, wie extrasolare Planeten aufzuspüren.

Inzwischen arbeitet die ESO auch an einem Projekt für ein Teleskop mit einem Spiegeldurchmesser von 100 Metern, dem Overwhelmingly (OWL). Die Schwerkraft soll in diesem fall dadurch ausgetrickst werden, daß das OWL nicht aus einem Spiegel besteht, sondern aus mehreren kleinen Spiegeln zusammengesetzt werden soll.

Doch die direkte Beobachtung mit oder Interferometrie ist nicht die einzige Waffe, mit der die Planetensucher in der schier endlosen Weite der extrasolaren Jagdgründen auf die Pirsch gehen. Erfolgversprechender als die direkte Beobachtung ist im Moment noch die indirekte Beobachtung. Dabei macht man sich zu Nutze, daß Planet und Mutterstern eine Einheit mit einem gemeinsamen Masseschwerpunkt bilden. Nicht nur der Planet dreht sich um die Sonne, sondern auch die Sonne im gewissen Maße um den Planeten, d.h. die Gravitationskraft des Planeten, so klein sie auch im Verhältnis zu der Sonne ist lenkt sie von ihrer ursprünglichen Bahn ab, bringt sie ins Trudeln und so lassen sich rhythmische Verschiebungen anhand der Änderung der Radialgeschwindigkeit der betreffenden Sonne feststellen.

Dabei kommt den Forschern der nach seinem Entdecker Christian Doppler (1803 bis 1853) benannte Doppler-Effekt zugute. Bewegt sich ein Stern auf den Beobachtungspunkt, also z.B. die Erde zu, dann erhöht sich sich die Frequenz der Lichtwellen, verschiebt sich das Spektrum ins Blau. Entfernt sich der Stern von der Erde, dann verringert sich die Frequenz der Wellen und das Spektrum des Lichts verschiebt sich ins Rot.

Da dieser Effekt nicht nur beim Licht auftritt, sondern generell Wellen anhaftet, kann man auch auf unserer Erde dieses Phänomen jeden Tag erleben. Steht man auf einer Landstraße, dann erscheint die Tonlage des Geräusch eines sich schnell annähernden Autos höher, entfernt es sich wieder, dann erscheint die Tonlage tiefer.

Das anfahrende Auto schiebt die Schallwellen gewissermaßen vor sich her, preßt sie zusammen und erhöht damit ihre Energie. Das abfahrende Auto zieht die Schallwellen hinter sich her, dehnt sie und verringert die Energie.

Übersetzt auf den Dopller-Efekt beim Licht könnte man so sagen, das Auto fährt blauer, wenn es auf uns zukommt und röter, wenn es sich vom Beobachtungspunkt entfernt.

Je höher dabei die Geschwindigkeit des Autos, um so deutlicher tritt dieser akustische Doppler-Effekt zu Tage. Jeder Formel I Fan, der schon einmal an einer Rennstrecke stand, hat erlebt, wie sich das schrille Heulen des Aggregats in ein sattes Brummen verwandelt, wenn die Boliden vorbeijagen.

So ist es mit dem Doppler-Effekt möglich, einen Planeten auch dann noch zu entdecken, wenn er sich der direkten Beobachtung entzieht, indem Veränderungen in der Radialgeschwindigkeit der Sonne gemessen werden, die er zu verantworten hat.

Und gerade eben haben die Thüringer Planetenjägern in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern vom European Southern Observatory der University of Texas und der Harvard University unter Leitung von Dr. Martin Kürster von der Thüringer Landessternwarte Tautenburg (Karl-Schwarzschild-Observatorium) bei Jena da wieder einen Clou gelandet.

Ü berraschend schnell ist es den Astronomen gelungen, die Meßgenauigkeit ihrer Instrumente so zu präzisiert, daß es nun prinzipiell möglich wird, nicht nur relativ massereiche Planeten mit hoher Gravitationskraft zu orten, sondern auch "erdähnliche Planeten in der Biozone extrasolarer Systeme aufzuspüren."

Solche Planeten sind deshalb von größtem Interesse, weil sie den richtigen Abstand "Wir konzentrieren uns dabei ", so erläutert Kürster, der 1999 schon einmal fündig geworden ist und den Planeten Iota Hor b entdeckte "auf Sterne der M-Klasse, kleine masseärmere und lichtschwächere Zwergsterne", die nicht etwa die Ausnahme in unserem Universum sind, sondern die Regel, sie sind die mit Abstand häufigsten Sterne, wie der Tautenburger Astronom nachdrücklich betont.

Sie sind zwar schwerer zu entdecken und zu beobachten, eben weil sie wesentlich weniger Licht ausstrahlen, als etwa unsere Sonne, die zur G-Klasse gehört. Deshalb sind sie zur Zeit auch nur mit dem größten Spiegelteleskopen der Welt, dem Very Large Teleskops der ESO in Paranal (Chile) zu beobachten.

Auf der anderen Seite sind die Masseverhältnisse zwischen beiden Himmelskörper in der Konstellation Zwergstern und Planet für die Messung der Radialgeschwindigkeit wesentlich günstiger, weil der Masseschwerpunkt weiter von der Sonne weg liegt.

Zwanzig solcher Zwerge haben sich die Planetenjäger um Kürster dabei ins Visier genommen, wobei sie sich zunächst besonders auf den Barnards Stern und Proxima-Centauri konzentriert haben.
Zweieinhalb Jahre hatte das Expertenteam mit akribischer Geduld diese systematisch unter die Lupe genommen und dabei mit Hilfe des UVES-Spektrographen die Methode extrem verfeinert. "Wir können jetzt Planeten bis zu einer Größe von drei Erdmassen aufspüren", sagt Kürster nicht ohne berechtigten Stolz, denn das ist ein neuer Weltrekord in Sachen Meßgenauigkeit! Dieser Erfolg kommt nicht von ungefähr.
Der Leiter der Landessternwarte Tautenburg Prof. Dr. Artie Hatzes, selbst ein erfahrener Planetenjäger hat diese Forschungsrichgtung entscheident am Karl-Schwarz-Schild Oberservatorium initiiert und sich deshalb auch Kürster an Land gezogen, sprich nach Tuatenburg geholt.

Nach gegenwärtigem Erkenntnisstand sind beide Sterne sauber, denn wenn da ein Planet nicht kleiner als in der genannten Größenordnung wäre, so der Kürster, "den hätten wir gefunden".

Jetzt sind die Experten guter Hoffnung, daß ihnen in absehbarer Zeit auch ein erdähnlicher Planet ins Netz gehen wird. "Ich kann nicht sagen, wann wir einen solchen Planeten finden werden, aber ich bin mir ziemlich sicher, daß wir ihn finden werden", schmunzelt Kürster.

Die Bedingungen für diese Hatz sind nicht schlecht, denn nirgendwo in Deutschland haben sich so viele hochqualifizierte Jäger zusammengefunden, wie im Raum um Jena- Tautenburg.

Allein an der Thüringer Landessternwarte sind drei Experten direkt und weitere drei indirekt auf der Suche nach diesen Objekten der Begierde.

Am Astrophysikalischen Institut der Jenaer Friedrich-Schiller-Universität wurde gerade eben unter der Leitung von Prof. Ralph Neuhäuser ein neuer Forschungsschwerpunkt zur Beobachtung von extrasolaren Planeten etabliert.

Das Expertenteam um Neuhäuser will versuchen solche Planeten nicht nur indirekt nachzuweisen, sondern sie auch direkt abzubilden. Einschlägige Erfahrungen hat Neuhäusers Mannschaft schon vor ihrem Wechsel nach Jena am Max-Planck-Institut für extraterestische Physik in Garchingen bei München gesammelt. Da machten sie mehrere braue Zwerge ausfindig.

Wenn es gelingt einen Exo-Planeten direkt abzubilden, dann kann man auch seine Atmosphäre spektroskopieren und damit in ihr auf die Suche nach Molekülen gehen, der Visitenkarte eines Planeten.

Die Thüringer Landessternwarte Tautenburg und das Astrophysikalische Institut der Friedrich-Schiller-Universität haben sich nun zum Deutschen Kompetenzzentrum für die Erforschung von Exo-Planeten zusammengeschlossen, um in Zukunft gemeinsam auf die Jagd nach Planeten zu gehen.

Dabei wollen sie alle gegenwärtige zur Verfügung stehenden Methoden miteinander verkoppeln. Dazu zählt neben der erwähnten direkten Abbildung auch unter Ausnutzung der Interferometrie und der Messung der Radialgeschwindigkeit auch die Transit-Beobachtung. Hier werden signifikante Helligkeitsschwankungen eines Sterns beobachtet. Sie können auf einen Planeten hinweisen, der beim direkten Vorbeigang an der Sonne diese entsprechend seiner Größe punktuell leicht abdunkelt.

Solche Beobachtungen gestalten sich allerdings sehr schwierig, denn um diesen Effekt beobachten zu können, müssen sich Beobachtungspunkt, Planet und Sonne auf einer Ebene befinden, eine Konstellation, die aufgrund des Chaotismus der Umlaufbahnen der Himmelskörper sehr selten vorliegt.

Man kann wohl davon ausgehen, daß dieser gebündelten Fachkompetenz in den nächsten Jahren noch so mancher Fisch, sprich extrasolarer Planet ins Treibnetz gehen wird und wer weiß welches Geheimnis dieser oder jener dann Preis geben wird.

Und wie lange der Weltrekord hält, darüber darf auch spekuliert werden, denn das Team um Kürster ist noch lange nicht am Ende mit seinem Latein. Die Suche und die Präzisierung der Messungen geht weiter.

Mitverfolgen kann die Fachwelt aber auch der interessierte Laie diese spannende Jagd nun auch im Internet, denn das Kompetenzzentrum tritt dort unter der Adresse www.exoplanet.de mit einer eigenen Plattform auf.

Dr. Michael Schäf


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