Dass das, was Teleskope außerhalb unseres eigenen Sonnensystems entdeckt hatten, möglicherweise Exoplaneten sein könnten, wurde erstmals in den 1980er Jahren unter Astronomen diskutiert. Man fand zunächst statt terrestrischer Planeten in möglicherweise habitablen Zonen »nur« Braune Zwerge und Mehrfachsternensysteme, die einander täuschend ähnlich wie ein Planet seinen Stern umrundeten.

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Künstlerische Darstellung von Exoplaneten (Kepler-Weltraumteleskop, benannt nach Johannes Kepler)1

Einige Jahre später begann die eigentliche Explosion an »echten« Exoplaneten- Entdeckungen, darunter immer häufiger auch Supererden. Mit Stand 2012 steht durch belegte Beobachtungen fest, dass die Einschätzung der Häufigkeit von Planetensystemen allein in unserer Milchstraße stark nach oben korrigiert werden muss.

Was sind Exoplaneten?

Exoplaneten (extrasolare Planeten) sind Planeten außerhalb des Gravitationsfelds unseres Sonne. Sie befinden sich aber im Gravitationsfeld eines anderen Sterns.

Wie werden Exoplaneten entdeckt [Nachweis-Methoden]

Zum Nachweis von Exoplaneten eignen sich verschieden Verfahren. Hier eine kurze Charakterisierung einer Methodenauswahl:

Die direkte Beobachtung durch ein Teleskop in verschiedenen Wellenlängenbereiche ist sehr komplex und fehleranfällig, sodass nur ein geringer Teil der bekannten Exoplaneten auf diese Art entdeckt wurden.

Ist die Umlaufbahn parallel zur unserer Beobachtungsachse, wird der Stern durch den vorbeiziehenden Planet teilweise abgedunkelt

Genau genommen kreist der Planet nicht um den Stern, sondern Stern und Planet um einen gemeinsamen Massenschwerpunkt. Der liegt meist jedoch im massereichen Stern. Dennoch lässt sich das Rotieren des Sterns um diesen Punkt messen und so Rückschlüsse auf den Planeten zu. Diese Methode eignet sich für extrasolare Planetensysteme die senkrecht zu uns stehen

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Exoplanet um Stern CVSO 30 in 1200 Lichtjahren Entfernung2

Arten von Exoplaneten

Die klassifikation der Exoplaneten erfolgt ähnlich wie in unserem Sonnensystem:

  • Gesteinsplaneten
  • Gasriesen

Mit zunehmend genaueren Messmethoden werden die Durchmesser der entdeckten Exoplaneten immer kleiner.

Wurden zu Beginn fast ausschließlich Gasriesen ähnlich wie Jupiter entdeckt, werden nun immer häufiger sogenannten Supererden (bis zu 14x Erdmasse) beschrieben. Auch die Zahl der Exoplaneten mit einer erdähnlichen Größe wächst kontinuierlich.

Mehr Exoplaneten als Sterne?

Mit aktuellem Forschungsstand gibt es weit knapp 750 bestätigte Exoplaneten. Viele von ihnen wurden gemeinsam als Begleiter des gleichen Sterns identifiziert, die »Hot-Jupiter« überwogen zunächst.

Mit den neuesten Teleskopgenerationen (James Webb Teleskop) wird praktisch im Monatsrhythmus auch eine neue Supererde entdeckt, also ein möglicherweise oder tatsächlicher Gesteinsplanet von ein- oder fünf- bis höchstens zehn- oder vierzehnfacher Erdmasse (je nach Definition).

Selbst die Bestimmung, wie viele Sterne Begleiter in habitabler Zone besitzen könnten, wurde jüngst von »Ausnahmeexemplare« in »mehr als einer pro Planetensystem« (derzeit geschätzt: 1,6) abgeändert.

Untersuchungen unter Ausnutzung des »Gravitationslinseneffektes« (Phänomen der Raumzeitkrümmung) zeigten bei 3.000 beobachteten Sternen jenen Effekt und damit die Existenz weiterer potenzieller Supererden oder »Hot-Jupiter« ca. 500 Mal.

Trotz der Kritik an dieser unsicheren »Jagd«methode errechnet sich aus bisherigen Untersuchungen eine Binsenweisheit: Wenn jeder Stern von mehr als einem Exoplaneten umrundet wird, als es »verlassene Sonnen« gibt, dann existieren allein in unserer Milchstraße bedeutend mehr Planeten als Sterne, somit pro System auch mindestens eine habitable Zone.

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Dieses Diagramm vergleicht die Planeten des inneren Sonnensystems mit Kepler-62, einem Fünfplanetensystem etwa 1200 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Leier. Mit sieben Milliarden Jahren ist der Stern etwas älter als die Sonne.
Quelle: NASA / Ames / JPL-Caltech

Dieses Rechenkunststück bleibt selbst dann gültig, wenn Mehrfachsternsysteme in die Berechnungen einbezogen werden und sich diese Doppelsterne ein gemeinsames Planetensystem teilen.

Vielversprechende Neuerkenntnisse trotz Unsicherheit der Bestimmungen

Vorläufig hat noch jede Untersuchungsmethode von Sternen ihre wissenschaftlichen Handicaps. In sehr kurzer Zeit entpuppten sich bloße Vermutungen fast immer als tatsächliche Funde von Exoplaneten.

Daher erkennen die Kritiker der Gravitationslinsenmethode zumindest an, dass ein Beweis der obigen Schätzungen für die Milchstraße in naher Zukunft erbracht werden könnte.

Das bedeutet, es würden mit besseren Untersuchungsmethoden bald mehr Supererden in Planetensystemen als »Hot-Jupiter« entdeckt und vielleicht der Begriff »habitabel« nach umfangreicheren Kriterien neu bestimmt.

Gibt es Leben auf Exoplaneten?

Die Frage ist bis heute ungeklärt. Wenn man an komplexeres Leben wie auf der Erde denkt, ist die Suche nach erdähnlichen Planeten sinnvoll. Mit zunehmender Messgenauigkeiten konnten mit der Zeit immer kleiner Planeten gefunden werden.

Waren es anfangs vor allem große Gasriesen (Hot Jupiters), so werden jetzt zunehmend kleiner terrestrische Planeten ähnlich der Erde gefunden. Befinden sich diese Exoplaneten in der habitablen Zone ihres Zentralgestirns sind ein Teil der Grundlagen für Leben geschaffen.

Hoffnung auf den Nachweis von Leben, wird zur Zeit in die Detektion spezieller Biomarker in der Atmosphäre von Exoplaneten gesetzt. Diese Biomarker, die nur in Verbindung mit organischem Leben entstehen sollen, könnten durch ein charakteristisches Absorptionsspektrum der Planetenatmosphäre nachgewiesen werden.

Spannende Fakten zu ausgewählten Exoplaneten

Hier sind einige spannende Fakten zu ausgewählten Exoplaneten:

Proxima Centauri b

  • Der Exoplanet ist der nächstgelegene bekannte erdähnliche Planet außerhalb unseres Sonnensystems.
  • Er umkreist den Stern Proxima Centauri, der Teil des Alpha Centauri-Systems ist.
  • Der Planet wurde 2016 entdeckt und ist etwa 1,3 mal so groß wie die Erde.
  • Die Entfernung zum Stern ist so gering, dass der Planet wahrscheinlich einer starken Strahlung ausgesetzt ist und eventuell keine Atmosphäre hat.

Trappist-1d

  • Der Planet umkreist den ultrakühlen Zwergstern Trappist-1, der nur etwa 8% der Masse unserer Sonne hat.
  • Der Planet ist etwa 0,8 mal so groß wie die Erde und könnte eine dichte Atmosphäre haben.
  • Trappist-1d ist Teil eines Systems aus insgesamt sieben Planeten, von denen einige möglicherweise bewohnbar sind.
  • Der Planet hat eine Umlaufzeit von nur 4,05 Tagen.

Kepler-186f

  • Der Exoplanet wurde 2014 entdeckt und ist etwa 1,1 mal so groß wie die Erde.
  • Er umkreist den Stern Kepler-186, der etwa 500 Lichtjahre von der Erde entfernt ist.
  • Kepler-186f ist der erste erdähnliche Planet, der in der habitablen Zone eines Sterns entdeckt wurde.
  • Der Planet hat eine Umlaufzeit von etwa 130 Tagen und könnte flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche haben.

HD 209458b

  • Ein Gasriese, der sich sehr nah an seinem Stern befindet und in nur 3,5 Tagen einmal um diesen herumkreist.
  • Der Planet hat eine Atmosphäre, die Wasserstoff und Helium enthält, sowie eine signifikante Menge an Wasserdampf.
  • HD 209458b war der erste Exoplanet, bei dem durch Beobachtungen des Sternenlichts seine Atmosphäre direkt nachgewiesen wurde.

Kepler-438b

  • Befindet sich etwa 640 Lichtjahre von der Erde entfernt
  • Hat eine ähnliche Größe wie die Erde und eine Umlaufzeit von 35,2 Tagen
  • Liegt in der habitablen Zone, in der flüssiges Wasser existieren könnte
  • Aufgrund seiner Nähe zu einem Roten Zwergstern wird angenommen, dass er eine starke Strahlung abbekommt, die seine Atmosphäre beeinflussen könnte

WASP-12b

  • Befindet sich etwa 600 Lichtjahre von der Erde entfernt
  • Ist ein heißer Jupiter, der in nur 1,1 Tagen um seinen Stern kreist
  • Hat eine extrem hohe Oberflächentemperatur von etwa 2.500 Grad Celsius
  • Aufgrund seiner Nähe zu seinem Stern wird angenommen, dass er in etwa 10 Millionen Jahren vollständig verdampfen könnte

Quellen

  1. NASA/Ames/JPL-Caltech, entommen 19.01.2020
  2. ESO/Schmidt et al., VLT Snaps An Exotic Exoplanet “First”CC BY 4.0, entnommen 04.01.2020