Planetologie

Auf der Suche nach Planeten um andere Sterne gibt es ein großes Ziel: Letztendlich suchen wir nach Welten, die die gleichen Eigenschaften haben wie unser Heimatplanet. Sie sollten also einen Stern gleicher Größe und gleichen Alters wie die Sonne umkreisen, ähnlich groß sein wie die Erde und ungefähr den gleichen Abstand zu ihrem Stern haben, sodass auch dort die Oberflächentemperaturen lebensfreundlich sind. Die spannendste Frage stellt sich da ganz von selbst: Gibt es auch Leben auf diesen Planeten?

Es gibt mehrere Methoden, um Exoplaneten bei Sternen zu finden. Sie werden hier im Einzelnen vorgestellt. Jede Methode hat ihre Vor-und auch Nachteile.

Der Wackeleffekt

Umkreist ein Planet einen Stern, wirkt nicht nur der Stern gravitativ auf den Planeten, auch der Planet hat einen - wenn auch geringeren - Einfluss auf den Stern. Der Planet umkreist nicht den Mittelpunkt seines Heimatsterns, sondern den Schwerpunkt des Systems Stern - Planet.

Der Stern umkreist diesen Schwerpunkt ebenfalls. In den Animationen befindet sich der Schwerpunkt des Systems am Schnittpunkt der weißen Linien.

Da der Stern sehr viel massereicher ist als der Planet, liegt der Schwerpunkt des Systems sehr nahe am Zentrum des Sterns. Beobachtet man nun den Stern, stellt man fest, dass er nicht an seiner Position bleibt, sondern immer ein bißchen herumwackelt.

Am deutlichsten wird das bei der Draufsicht. Der Stern beschreibt einen winzigen Kreis, während der Planet weit ausholt. Aus der Auslenkung des Sterns lässt sich wiederum die Masse des Planeten berechnen, der die Auslenkung verursacht.

In der oberen Grafik ist der gemeinsame Schwerpunkt des Stern-Planet-Systems als kleiner roter Punkt eingezeichnet. Um diesen kreisen beide, nur eben jeder auf seiner eigenen Umlaufbahn. Die des Sterns ist gelb gezeichnet, die des Planeten blau.

Die Mittelpunkte von Planet und Stern liegen zusammen mit dem Schwerkraftzentrum immer auf einer Linie (grün, unten).

Wenn wir von der Erde aus nicht genau von oben darauf schauen, sondern leicht von der Seite, haben wir einen weiteren messbaren Effekt: der Stern bewegt sich ein kleines Stück auf uns zu und dann wieder ein Stück von uns weg.

Nach dem Dopplerprinzip wird dabei das Licht des Sterns einmal gestaucht, also blauverschoben, und dann wieder gestreckt, also rotverschoben. Die Radialgeschwindigkeit des Sterns schwankt also auf charakteristische Weise, was sich gut messen lässt.

Durch den Wackeleffekt werden hauptsächlich sehr große Planeten entdeckt, die zudem ihren Heimatstern sehr nah umkreisen. Je massereicher ein Planet ist und je enger er seinen Stern umkreist, desto größer fällt die Schwankung der Radialgeschwindigkeit aus, und desto eher wird die Schwankung von uns bemerkt.

Um kleinere Planeten entdecken zu können, müssen die Messungen sehr sehr präzise sein. Mit der Wackelmethode werden also überwiegend "Hot Jupiter" gefunden, große Planeten (meist viel größer noch als Jupiter) auf engen Umlaufbahnen, auf denen es so heiß ist, dass sich dort bestimmt kein Leben entwickeln kann. Dafür wurden aber mit dieser Methode die meisten der bislang bekannten Exoplaneten gefunden.

Im Jahr 1995 markierte der ansonsten unsichtbare Begleiter des Sterns 51 Pegasi den Beginn der Exoplanetenentdeckungen. Der Planet hat in etwa die halbe Masse von Jupiter, umkreist seinen Stern aber in noch geringerem Abstand als Merkur.

Die Transitmethode

Die Transitmethode funktioniert nur, wenn wir genau auf die Kante des fernen Planetensystems blicken. Wird der Stern von Planeten umkreist, so ziehen diese von Zeit zu Zeit vor ihrem Heimatstern vorbei und verdunkeln ihn ein klein wenig. Dabei fällt die Sternhelligkeit minimal ab.

Um solch geringe Schwankungen überhaupt messen zu können, ist seit Dezember 2006 das Weltraumteleskop CoRoT (Convention Rotation and planetary Transits) im Einsatz. Die Beobachtung direkt aus dem Weltall umgeht die störende Erdatmosphäre und macht präzisere Analysen möglich.

Bei der Transitmethode muss ein Stern über längere Zeit beobachtet und seine Helligkeit vermessen werden. Die Messwerte ergeben im Fall einer Bedeckung des Sterns durch einen Planeten eine Lichtkurve, die auf charakteristische Weise abfällt.

Teleskop Corot Bei der Auswertung der Daten ist aber Vorsicht geboten, denn es gibt noch weitere mögliche Ursachen, weshalb das Licht des Sterns schwankt.

Beispielsweise können dunkle Flecken auf der Sternoberfläche die Helligkeit verringern (ähnlich den Flecken auf der Sonne), der Stern kann einen Begleiter haben, der kein Planet ist (z.B. einen Stern oder einen Braunen Zwerg), oder aber der Stern befindet sich gerade in einer Phase seines Lebens, in der der Energieausstoß schwankt (mehr dazu findest du bei den 'Veränderlichen Sternen').

CoRoT hat inzwischen schon 23 Exoplaneten finden können. Etliche davon sind größer als Jupiter und umlaufen ihren Stern auf sehr engen Umlaufbahnen. Dennoch hofft man, mit Corot auch kleinere Planeten entdecken zu können, die der Erde ähnlich sind.

Übrigens: Transite von Planeten können wir auch in unserem eigenen Planetensystem beobachten. Die inneren Planeten Merkur und Venus ziehen ab und zu vor der Sonnenscheibe vorbei. Die Verdunkelung des Sonnenlichtes ist für uns nicht wahrnehmbar, lässt sich aber messen. Die beiden Planeten sind während des Transits von der Erde aus gesehen kleiner als die meisten Sonnenflecken.

Die Gravitationsmethode

Der Gravitationslinseneffekt ist seit Albert Einstein bekannt, der erstmals gezeigt hat, dass Massen den sie umgebenden Raum verbiegen.

Wandert ein Stern oder Planet (also eine Masse) zwischen einem fernen Stern und der Erde hindurch, wird das Licht des hinten stehenden Sterns kurzzeitig verstärkt. Die Sternhelligkeit nimmt zu und nimmt dann wieder ab. Die Lichtkurve, die dabei entsteht, ist absolut symmetrisch. Da ein Planet nur eine geringe Masse darstellt, sprechen wir hier besser von einem Mikrolinseneffekt.

Das Verfahren ist neu und technisch sehr anspruchsvoll. Für die Bewältigung dieser Aufgabe haben wir im März 2009 das Weltraumteleskop Kepler in eine Umlaufbahn um die Erde gebracht.

Das Teleskop beobachtet einen festen Ausschnitt des Sternenhimmels mit ca. 190.000 Sternen im Sternbild Schwan, um extrasolare Planeten zu entdecken. Besondere Zielsetzung des Projekts ist, vergleichsweise kleine Planeten (wie unsere Erde oder kleiner) und damit auch potenziell bewohnbare extrasolare Planeten zu entdecken.

Gleichzeitig liefert es Basisdaten zu anderen veränderlichen Sternen, um daraus Rückschlüsse über die im Inneren ablaufenden Prozesse ziehen zu können.

Die Keplermission war zuerst für dreieinhalb Jahre vorgesehen. Im November 2012 wurde sie um bis zu vier Jahre verlängert. Bislang wurden auf diese Weise 2740 Planetenkandidaten entdeckt, darunter 351 in Erdgröße.

Die direkte Methode

Exoplanet entdeckt von Hubble Auch eine direkte Beobachtung von Exoplaneten ist inzwischen technisch möglich und auch bereits gelungen. Nun darf man sich das nicht so vorstellen, dass tatsächlich ein Planetenkörper zu sehen ist. Vielmehr sind es winzige Pünktchen, die auf den Aufnahmen zu erkennen sind, und das auch erst nach einer aufwändigen Nachbearbeitung des Fotos.

Die direkte Methode klappt am besten bei Systemen, bei denen die Planeten in sehr großem Abstand um ihren Stern kreisen. Mit der direkten Methode lassen sich außerdem Planeten finden, die gerade erst entstanden und noch nicht abgekühlt sind. Sie erscheinen heller als Jahrmillionen später, wenn sie dann abgekühlt sind.

Beim S Teleskop Hubble tern HR 8799 konnten gleich drei Planeten direkt auf einer Aufnahme entdeckt werden. Sie besitzen 7fache bis 10fache Massen und umrunden ihren Stern in großer Entfernung (in 24fachem, 38fachem und 68fachem des Abstandes, den die Erde von der Sonne hat). Ihre Umlaufzeiten sind dementsprechend hoch und liegen zwischen 100 und 500 Jahren.

Für die direkte Methode können wir sowohl die größten erdgebundenen Teleskope einsetzen (z.B. das VLT in Chile) als auch Weltraumteleskope. Das Weltraumteleskop Hubble z.B. hat bereits 16 Exoplaneten entdecken können.

Außerirdische begegnen uns heutzutage ziemlich oft - im Kino, im Fernsehen, in Comics und Büchern, im Spielwarenhandel usw. So unterschiedlich all diese Wesen auch sind - groß oder klein, dumm oder intelligent, süß oder eklig, lieb oder gefährlich, grün oder braun - eines haben sie gemeinsam: sie alle sind irdische Geschöpfe, entsprungen der schöpferischen Kreativität des menschlichen Geistes. Oder kurz gesagt: sie sind bloß ausgedacht, nicht real.

Oft genug sind uns diese Wesen sogar ziemlich ähnlich. Sie haben meist einen Kopf als Schaltzentrale, versehen genau wie bei uns mit Sinnesorganen, ihre Körper haben zumeist auch ein Armpaar und ein Beinpaar. Wie aber ein wirkliches Alien aussieht, das wissen wir nicht. Wir können uns nur Gedanken darüber machen, wie sie aussehen KÖNNTEN und wo wir sie finden könnten.

Leben im Sonnensystem

Bisher kennen wir nur einen einzigen Himmelskörper, auf dem Leben existiert, und das ist unser eigener Planet. Schon der am nächsten gelegene ist nur eine leblose Steinwüste - der Mond. Bisherige Untersuchungen unserer Nachbarplaneten Venus und Mars haben auch noch kein Anzeichen von Leben erbracht. Sind wir also der einzige bewohnte Planet?

Noch vor etwas mehr als 100 Jahren sagte man Venus eine reichhaltige Tier- und Pflanzenwelt nach. So wolkenverhangen und relativ nahe bei der Sonne stellte man sie sich als feucht-warmen bis heißen tropischen Dschungel vor, mit üppigem Pflanzenbewuchs und großen Dinosauriern und anderem Getier, das auf ihr sein Unwesen treibt und eventuelle intelligente Bewohner dazu bringt, sich vor ihnen zu verstecken und sich still zu verhalten. Ansonsten hätten die Bewohner der Venus doch bestimmt schon Kontakt zu den Erdlingen aufgenommen!

Landungen der Venera-Sonden in den 70er Jahren des 20. Jahrhunderts ermöglichten uns zum 1. Mal einen Blick unter die dicke Wolkendecke der Venus. Seitdem wissen wir, wie ihre Oberfläche beschaffen ist und welche tatsächlichen Verhältnisse dort vorherrschen. Venus ist ein Vulkanplanet, heißer noch als der sonnennahe Merkur, von Leben ist dort nichts zu finden. Selbst die Sonden, die auf Venus landeten, hielten nicht länger als ein paar Minuten den dort herrschenden Temperaturen und dem hohen Luftdruck stand. Mehr über Venusmissionen gibt es *hier* nachzulesen.

Auch auf dem Mars wurden Bewohner vermutet. Der Marsforscher Percival Lovell beobachtete in den Jahren kurz vor 1900 ganz intensiv den Mars. Er ließ zu diesem Zweck sogar eigens eine Sternwarte errichten. Was er nun durch sein großes Teleskop zu sehen glaubte, waren dunkle Linien, die sich über eine große Fläche des Mars ausbreiteten und nach Lovells Meinung nicht natürlichen Ursprungs sein konnten. Vielmehr glaubte er, die Marsbewohner erbauen ein ausgeklügeltes Bewässerungs- und Kanalsystem, um die unterirdischen Wasserspeicher anzuzapfen, um so auf ihrem an der Oberfläche trockenen und staubigen Planeten Nutzpflanzen anbauen zu können.

Der Mars ist eines der beliebtesten Ziele in der Raumfahrt. Doch schon die ersten Besuche dort ergaben, dass es keine künstlichen Kanäle gibt, und erst recht kein höher entwickeltes Leben. Der Mars ist kalt und trocken. Allerdings sehen manche Strukturen so aus, als seine sie früher einmal durch fließendes Wasser geformt worden. Außerdem wird unter dem Marsboden Wasser vermutet. Künftige Untersuchungen werden die Frage klären müssen, ob es früher Leben auf Mars gab und ob es eventuell heute noch primitives Leben in Form von Einzellern oder ähnlichem gibt. Es bleibt also weiterhin spannend.

Nachdem wir alle Planeten unseres Sonnensystems mittels Raumsonden besucht haben, steht zunächst einmal fest, dass die Erde tatsächlich der einzige bewohnte Planet ist. Vielleicht ergibt sich bei künftigen Missionen, dass Mars von Mikroben besiedelt ist oder frühere Lebensformen Fossilien zurückgelassen haben. Vielleicht findet sich auch auf dem einen oder anderen Mond primitives Leben.

Der Jupitermond Europa wäre ein geeigneter Kandidat auf der Suche nach Leben im Wasser, denn unter seinem dicken Eispanzer gibt es einen flüssigen Ozean. Aber höherentwickeltes Leben gibt es im Sonnensystem nur auf der Erde. Wir müssen uns also, wenn wir Lebewesen finden wollen, nach weiter draußen wenden.

Was tun um außerirdisches Leben zu entdecken?

Wo soll man nur anfangen mit der Suche? Astronomen schätzen die Zahl der Galaxien auf 200 Milliarden. Wenn jede Galaxie durchschnittlich 200 Milliarden Sterne besitzt, sind wir bei der Anzahl der Sterne schon bei 10 hoch 22! Bei dieser Zahl wird sogar gestandenen Astronomen schwindlig..

Seit einigen Jahrzehnten schon läuft die Suche nach bewohnten Welten außerhalb der Erde. Zuerst schauten wir uns natürlich in unserer unmittelbaren Nachbarschaft um und schickten Raumsonden zum Mond und zu den Nachbarplaneten Venus und Mars. Gleichzeitig zur Suche nach Leben wurde nach Wasser geschaut, in dessen Nähe sich ja Leben tummeln könnte. Doch bisher fanden wir keine noch so primitiven Lebewesen.

Danach waren auch alle anderen Planeten an der Reihe. Doch auch hier ergab sich nichts. Auf Merkur, Jupiter und Co lebt nichts. Nicht einmal auf dem Saturnmond Titan wurden wir fündig, der sich bisher mit einer dicken Wolkendecke vor unseren Blicken versteckte. Die Titansonde Huygens entdeckte zwar Gebirge, Flüsse und Seen, aber in der - 170° kalten Atmosphäre des Mondes mit seinen Methanflüssen gibt es keine Lebensspuren.

ufo

Welche Möglichkeiten der Suche haben wir?

Um einen Nachweis für die Existenz außerirdischen Lebens zu bekommen, haben wir mehrere Möglichkeiten:

1. Wir könnten fremdes Leben mit Hilfe von Raumsonden entdecken.

Aber: Das ist nur innerhalb unseres Sonnensystems möglich. Die Sonden sind einfach zu langsam, um in überschaubarer Zeit andere Sterne zu erreichen.

2. Wir senden und suchen deutliche Botschaften (modulierte Radiosignale)

Die Suche läuft bereits seit Jahren per SETI. Das Aussenden geschieht sogar völlig unabsichtlich, seit wir Radio- und Fernsehsender betreiben.

3. Wir weisen in der Atmosphäre ferner Planeten Signaturen des Lebens nach, also Sauerstoff und Ozon.

Die für Lebewesen (zumindest auf der Erde) typische Luftzusammensetzung entsteht nicht durch natürliche chemische Prozesse. Die Uratmosphäre eines Planeten ist stark CO₂-haltig. Ist er belebt, verändert sich die Zusammensetzung der Luft allmählich. Es kommt vermehrt Sauerstoff hinzu, und infolge dessen auch Ozon.

4. Die Außerirdischen kommen uns besuchen!

Da hilft nur warten. Lange warten. Seeehr lange warten. Bis zum nächstgelegenen Stern sind es 4,5 Lichtjahre oder 43 Billionen Kilometer, eine gewaltige Entfernung, die auch Außerirdische nicht einfach so überwinden können. Für sie gelten schließlich die gleichen physikalischen Gesetze wie für uns! Sie werden es sich gut überlegen, ob es sich wirklich lohnt, eine solche Strecke zurückzulegen, nur um nach uns zu sehen.

Vielleicht suchen Ausserirdische nach uns?

Vielleicht senden außerirdische Gesellschaften ja Signale aus, um auf sich aufmerksam zu machen? Um solche Signaturen aufzuspüren, ist das Projekt SETI ins Leben gerufen worden. SETI bedeutet Search for Extra Terrestrial Intelligence, also Suche nach außerirdischen Intelligenzen.

Seit zwei Jahrzehnten wird der Himmel mit dem großen Radioteleskop in Arecibo nach verdächtigen Signalen aus dem All abgesucht. Doch wirklich gefunden wurde bisher nichts. Es gibt zwar einige bemerkenswerte Signale, beim nochmaligen Abhören der gleichen Himmelsregion wiederholten sie sich aber nicht. So müssen sie leider dem zufall zugeschrieben werden.

Ein großes Problem bei dieser Suche könnte das Zeitfenster sein, in dem wir suchen. Seit etwa 100 Jahren sind wir in der Lage, Signale auszusenden, die den Erdball verlassen und in die Weiten des Kosmos vordringen. Doch bis sie die großen leeren Räume durchquert haben und irgendwann auf einen festen (und am besten noch einen bewohnten!) Körper treffen, können Jahre oder auch Jahrhunderte oder noch mehr Zeit vergehen. Doch das ist noch gar nichts, gegen die Zeiten, die sonst so im Weltall üblich sind!

Unser Planet ist 4,5 Milliarden Jahre alt, doch erst seit 100 Jahren können sich seine Lebewesen bemerkbar machen. Fast viereinhalb Milliarden Jahre also blieb die Erde stumm, und ebenso horchte niemand ins All hinein, um fremde Signale zu erhaschen. In welchen Entwicklungsstadium mögen sich die Bewohner anderer Planeten wohl gerade befinden?

Vielleicht sind sie technisch noch nicht so weit, unsere Signale zu entdecken? Oder sie sind schon viel weiter als wir und sendeten zu einer Zeit, als wir noch mit Steinäxten aufeinander losgingen?

Haben sie es inzwischen aufgegeben, nach uns zu suchen? Vielleicht funkten sie ja 5000 Jahre lang in unsere Richtung, ohne je eine Antwort zu bekommen? Wie lange werden WIR uns wohl die Mühe machen und nach Signalen aus dem All forschen?

Wie lange wird es uns Menschen überhaupt noch geben? Vielleicht ist unsere Zivilisation längst wieder erloschen (durch weltweite Kriege oder Seuchen, durch Klimakatastrophen und Umweltverschmutzung, durch Mangel an Trinkwasser usw.), bevor sich Außerirdische bei uns melden können? Vielleicht ist genau das bei den anderen schon passiert und es gibt sie längst nicht mehr?

Unser Fazit an dieser Stelle: So einfach ist das nicht mit den Signalen aus dem All. Wir können uns gegenseitig ganz leicht ganz knapp verpassen..

In der Phantasie ist alles erlaubt

Trotz all der Schwierigkeiten, außer dem eigenen auch fremdes Leben im All zu finden, haben wir längst unsere eigenen Vorstellungen von Wesen anderer Planeten entwickelt. Man braucht sich nur in der Literatur oder in der Filmlandschaft umzuschauen, dort treten Außerirdische manchmal sogar rudelweise auf. Jeder von uns hat außerdem sicher seine eigenen Ideen und Vorstellungen, wenn er an Alien denkt.

Warum verkürzen wir uns nicht die Zeit, bis wir "echte" Außerirdische finden? Lassen wir doch so lange unsere Phantasie erblühen! Wie sieht für DICH ein fremdartiges Wesen aus? Schau doch mal in der Aliengalerie vorbei und hilf mit, sie zu erweitern!

Und was passiert, wenn wir tatsächlich eines Tages eindeutig intelligente Signale von außerhalb empfangen?

Wenn wir darauf reagieren und antworten, könnte unser Signal viele Jahre oder Jahrzehnte unterwegs sein, bis es sein Ziel erreicht. Das ist eine äußerst mühsame Art der Kommunikation, denn auf eine Antwort müssten wir mindestens ebenso lange warten.

Zwischen Frage und Antwort kann so leicht eine ganze Generation liegen! Aber zumindest wüssten wir dann mit Sicherheit: Wir sind nicht allein in den großen Weiten des Kosmos!