|
|
|
 |
|
 |
||||||||||
|
||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Im Science-Fiction ist es bereits Alltag: Raumschiffe pendeln zwischen einer Unzahl verschiedener Welten hin und her. Wer erinnert sich nicht an die Szenen in Star-Wars®: Auf dem Heimatplaneten von Luke Skywalker gehen zwei Sonnen auf. Die erdähnliche Heimatwelt der Prinzessin umkreist in enger Umlaufbahn einen riesigen Gasplaneten. Ist diese Vorstellung von einer Vielzahl verschiedenster Planeten - darunter auch erdähnliche Objekte - eine Märchenwelt oder ist die Anzahl Welten da draussen tatsächlich unermesslich? Wir leben in der spannenden Zeitepoche, wo die Wissenschaft gerade dabei ist, die Antwort auf diese interessante Frage zu finden.
|
Werfen wir zunächst einen Blick auf unser eigenes Sonnensystem. Der alles beherrschende Körper ist die Sonne. Sie hat einen Durchmesser der 110x grösser ist, als der Erddurchmesser. Sie ist der einzige Körper im Sonnensystem, der soviel eigene Energie produziert, dass er gleissend hell leuchtet. Alle anderen Körper des Sonnensystems - also auch unsere Erde - würden unsichtbar in der Finsternis verborgen bleiben, wenn sie nicht vom Licht der Sonne beleuchtet würden. Die Sonne ist mit 1.4 Mio. km Durchmesser so gross, dass die Erde zusammen mit der Mondumlaufbahn bequem Platz hätte.
Die Erde umläuft die Sonne auf einer fast kreisförmigen Bahn in etwa einem Jahr. Das Licht der Sonne benötigt gut 8 Minuten um die Erde zu erreichen. Zum Vergleich: Der Mond ist eine gute Lichtsekunde entfernt. Die Erde ist ein Körper mit fester Oberfläche. Wenigstens soweit sind auch die innerhalb der Erdbahn kreisenden Planeten Merkur und Venus und der noch etwas weiter entfernt von der Sonne kreisende Mars "erdähnlich".
Eine neue Klasse von Planeten findet man eine knappe bis ein paar Lichtstunden von der Sonne entfernt. Es sind die Planeten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Der Durchmesser des Jupiters ist entspricht immerhin 10% Sonnendurchmessers. Unter seinen Wolken findet man jedoch keinen festen Boden. Die im Wesentlichen aus Wasserstoff und Helium bestehende Antmosphäre wird mit zunehmender Tiefe immer dichter und heisser. Bis schliesslich der Wasserstoff zu einer Art elektrisch leitenden Flüssigkeit und noch tiefer unten zu einer Art Metall wird. Im Orbit um Jupiter und auch um die anderen drei Gasplaneten findet man jedoch wieder feste Welten. Die grössten sind nicht ganz halb so gross wie die Erde.
 |
Einige der oben erwähnten Planeten sind auffällige Erscheinungen am Nachthimmel. Doch die allermeisten der Sterne, die wir von blossem Auge sehen, haben mit unserem Sonnensystem nichts zu tun. Es sind ferne Sonnen. Der Sternenhimmel einer klaren Nacht ist also ein Himmel voller Sonnen. Im Gegensatz zu den nur Lichtminuten bis Lichtstunden entfernten Welten unseres Planetensystems sind diese fernen Sonnen einige bis viele Lichtjahre weit weg. Die ganze Galaxie (Milchstrasse), zu der wir auch gehören, besteht wahrscheinlich aus bis zu 200 Milliarden Sonnen.
Seit wir uns dieser erstaunlichen Erkenntnis bewusst wurden, lag natürlich die Frage nahe, ob auch diese fernen Sonnen von Planeten umkreist werden. Anders formuliert: Wenn schon unsere Sonne offenbar nichts Ungewöhnliches ist, kann man dann noch auf der Einmaligkeit unseres Planetensystems oder auf der Einmaligkeit unserer Erde bestehen?
Während eine Sonne strahlend hell leuchtet, ist ein Planet im Vergleich zu seiner Sonne eine kleine angeleuchtete Kugel. Von ferne beobachtet ertrinkt sein schwaches Licht im Glanz des Sonnenlichts. Trotz immer grösser werdender Teleskope war bisher nicht daran zu denken, einen eine ferne Sonne umkreisenden Planeten zu sehen. Es blieb also der eigenen Weltanschauung überlassen, ob einem der Gedanke der Einmaligkeit oder die Vorstellung des von Welten wimmelnden Kosmos besser behagte.
 |
Schon Isaak Newton erkannte, dass kein Körper auf einen anderen eine Kraft ausüben kann, ohne eine gleich starke Gegenkraft zu erfahren. Dies bedeutet, dass nicht nur die Sonne die Erde anzieht und so auf eine Umlaufbahn zwingt, sondern die Erde dieselbe Kraft auch auf die Sonne ausübt. Dasselbe gilt auch für alle anderen Planeten im Sonnensystem. Die Kräfte der Planeten reichen aus, um die Sonne mit der Geschwindigkeit eines Radfahrers im Laufe der Jahre hin und her zu schieben. Dies müssen auch fremde Planeten mit ihrer Sonne tun. Die Astronomen wollten nun wenigstens die von den Planeten verursachte Bewegung einer Sonne messen, wenn man die Planeten nicht selbst sehen konnte.
In den neunziger Jahren wurden die Instrumente der Astrophysik empfindlich genug, um wenigstens entlang der Blickrichtung (auf uns zu - von uns weg) solche kleinen Bewegungen eines Sterns zu messen. Die vom Planeten verursachte Geschwindigkeitskomponente senkrecht zur Blickrichtung (Bewegung rechts - links, auf - ab) bleibt verborgen. Damit verliert man die Möglichkeit, die Masse eines Planeten genau zu bestimmen. Man kann nur eine untere Grenze angeben. Ausserdem verursachen nur Planeten, die nahe an ihrer Sonne kreisen und ausserdem viel schwerer sind als die Erde, eine messbare Bewegung. Man entdeckt somit bevorzugt jupitergrosse Planeten, die so eng wie die Erde, oder sogar noch viel näher, um ihre Sonne kreisen.
 |
Im Jahre 1995 wurde vom Observatorium Genf (das astronomische Institut der Universität Genf) der Nachweis eines Planeten im Orbit um den Stern mit dem Namen 51 Pegasi (51. Stern im Sternbild Pegasus) publiziert. Diese Sonne besitzt offenbar einen Planeten, der zwar schwerer als Jupiter ist, aber eine Umlaufbahn besitzt, die so eng ist, dass er in nur 4 Tagen einmal am Rand der Korona um sein Zentralgestirn läuft. Eine erstaunliche Entdeckung, denn vorher war die Wissenschaft der Meinung, dass der Aufbau unseres Sonnensystems (kleine feste Welten innen, grosse Gasplaneten aussen) aus fundamentalen Abläufen bei der Entstehung eines Planetensystems resultiert. Nun hatte man ein Gegenbeispiel gefunden.
Nach der Erstentdeckung folgten rasch weitere. Heute (Oktober 2000) sind etwa 4 Dutzend solcher Systeme bekannt. Dies bedeutet, dass mindestens ein paar Prozent aller Sterne ein Planetensystem haben, welches selbst in Sternnähe ein oder mehrere Gasplaneten aufweist.
 |
Die Messung der kleinen Vor- und Zurückbewegung des Sterns ist sehr aufwendig und an der Grenze des heute technisch Machbaren. Ausserdem passten die so nahe an ihrer Sonne kreisenden 'Jupiter' nicht recht in die bisherige Theorie der Entstehung eines Planetensystems. Deshalb liessen die Zweifler nicht lange auf sich warten. Der wissenschaftlich fundierteste Einwand war, dass man nicht die Wirkung eines Planeten gemessen hätte, sondern ein Pulsieren oder ein Schwingen des Sternes selbst.
Ein Beispiel war nun gefragt, bei dem man mit einer zweiten, möglichst verschiedenen Methode einen Planeten nachweisen kann, um so die Leistungsfähigkeit der ersten Methode zu beweisen. Dies gelang im November 1999 beim Planeten des sonnenähnlichen Sterns mit der Bezeichnung HD 209458. Dort blicken wir fast genau auf die Kante der Umlaufbahn eines Planeten. Deshalb gerät der Planet immer wieder genau zwischen uns und seine Sonne, vergleichbar mit einem Merkur- oder Venusvorübergang vor der Sonnenscheibe. Wenn sich der Planet vor dem Stern befindet, deckt er einen kleinen Teil des Sternenlichts ab. Der leuchtet für uns ein wenig schwächer und wird wieder etwas heller, wenn der Planet auf seiner Bahn weiter gewandert ist. Dies wiederholt sich bei jedem Umlauf, der im Falle des Planeten von HD 209458 nur dreieinhalb Tage dauert.
Neben der Bestätigung für die Methode der Geschwindigkeitsmessung, liefert diese Methode auch den Durchmesser des Planeten. So konnte in diesem Fall die Vorstellung bestätigt werden, dass es sich um einen Gasplaneten handelt. Der Durchmesser ist anderthalb mal grösser als der unseres Jupiters, während der fremde Planet nur 70% der Jupitermasse wiegt.
 |
Gibt es Planetensysteme, die so aufgebaut sind wie unseres, also mit Gasplaneten weiter aussen? Zunächst konnte man darauf keine Antwort geben, da die Entdeckungsmethode hierzu zu wenig empfindlich war. Dies galt bis zum Sommer 2000. Zu diesem Zeitpunkt wurden langjährige Messungen am Stern Epsilon Eridani publik, die auf einen jupiterartigen Planeten schliessen lassen, der für einen Umlauf um Epsilon Eridani fast 7 Jahre braucht. Jupiter benötigt 12 Jahre für einen Umlauf. Die von 1987 bis 1998 gesammelten Daten deuten darauf hin, dass die Bahn des entdeckten Planeten alles andere als kreisförmig ist. Die Distanz des im Vergleich zu Jupiter mindestens 0.86 x schwereren Planeten von seiner Sonne schwankt zwischen 1.3 und 5.3 x Abstand Erde - Sonne.
Daneben wurde um die "nur" knapp eine Milliarde Jahre alte Sonne noch eine Staubscheibe gesichtet, die sich etwa dort aufhält, wo sich in unserem System Neptun und Pluto aufhalten. Der innere Rand der Staubscheibe scheint von einem weiteren Riesenplaneten, der dort seine Bahn zieht, gestört zu werden.
Die zehn Lichtjahre entfernte Sonne Epsilon Eridani gehört zu unseren nächsten Nachbarn. Nur fünf Sonnensysteme sind uns noch näher. Deshalb wird Epsilon Eridani in der Science-fiction Literatur als ein erstes Ziel einer Expedition zu einem fremden Sonnensystem erwähnt. Wurde also der erste Baustein eines unserem sehr ähnlichen Sonnensystems entdeckt?
|
Da Epsilon Eridani nicht so stark leuchtet wie unsere Sonne - der Stern ist etwa 3.5x schwächer - müsste ein erdähnlicher Planet in geringerem Abstand um Epsilon Eridani kreisen als die Erde; vielleicht in etwas mehr als die Hälfte des Abstandes Erde - Sonne. Der jupitergrosse Planet bleibt so weiter draussen. Er würde also nicht mit unserem hypothetischen erdähnlichen Planeten zusammenstossen.
Doch haben wir die Rechnung ohne die Langzeitwirkung der Schwerkraft des Riesen gemacht. Kann also der Riesenplanet den kleinen erdähnlichen Planeten allmählich aus seiner Bahn ziehen? Um diese Frage etwas zu untersuchen, lassen wir von einem Computer einen hypothetischen Planeten 200'000 Jahre lang um Epsilon Eridani kreisen. Zu Beginn sei die Bahn kreisförmig. Wir lassen dies für 3 verschiedene Bahnradien a berechnen, nähmich für 75%, 50% und 30% des Abstandes Erde - Sonne. Besonders interessiert uns der minimale und der maximale Abstand, den der Planet von seiner Sonne hat. Bei einer kreisförmigen Bahn sind minimaler und maximaler Abstand gleich. Je elliptischer die Bahn wird, desto grösser wird der Unterschied zwischen minimalem und maximalem Abstand. Wird der Unterschied zu gross, erlebt der Planet zu extreme Jahreszeiten, um eine erdähnliche Welt zu sein.
Die Simulation zeigt, dass unsere Testplaneten vom grossen Planeten tatsächlich stark gestört werden. Ihre Bahn ändert sich von anfänglich kreisförmig zu mehr oder weniger stark elliptisch und wieder zurück. Besonders betroffen ist davon der in 75% (a=0.75) Abstand Sonne - Erde kreisende Testplanet. Erst der am weitesten innen kreisende Testplanet zeigt nur Bahnänderungen, wie sie auch in unserem Sonnensystem vorkommen. Somit kann man mindestens aufgrund dieser Simulation einen Planeten in geeignetem Abstand nicht ausschliessen. Ob aber angesichts der starken Änderungen der Bahnform im Laufe von wenigen 10'000 Jahren diese Welt eine zweite Erde sein kann, ist jedoch eher fraglich.
|
Ein nächster wichtiger Schritt wird das direkte Beobachten dieser Planeten sein, d.h. die Planeten selbst mit den modernsten Teleskopen im Weltraum oder auf der Erde zu sehen. Dies wird auch die Möglichkeit eröffnen, die Zusammensetzung der Atmosphäre der fernen Welten zu untersuchen und so einen Planeten mit einer Sauerstoffatmosphäre zu finden und Hinweise auf Leben im Sinne von Pflanzen oder Algen zu erhalten.
Wenn ein grosser Gasplanet in günstigem Abstand seine Sonne umkreisen sollte, kann man sich durchaus vorstellen, dass sich ein grosser Mond im Orbit des Planeten befindet. Dieser Mond könnte eine zweite Erde sein. Die Beobachtung der Monde der entdeckten Riesenplaneten wird aber noch lange auf sich warten lassen. Vor zehn Jahren hätte sich noch kaum jemand einen jupitergrossen Planeten so nahe wie die Erde an seiner Sonne vorstellen können. Heute weiss man, dass diese Planeten doch recht häufig in der Galaxis vorkommen. Somit ist das Star-Wars-Bild vom Rebellenplaneten in der Umlaufbahn um einen Gasriesen realistischer geworden, als es beim Drehen des Films war.
|
|||||||||||
|
|||||||||||
