Von pendelnden Sternen und exotischen Planeten

Michel Mayor, der Entdecker des ersten Planeten um einen sonnenähnlichen Stern, betreibt heute ein speziell für Planetensuche optimiertes Teleskop auf der ESO-Sternwarte La Silla. An fast allen Sternwarten wird ein Teil der Beobachtungszeit für die Suche nach extrasolaren Planeten vergeben. An der Planetensuche beteiligt sich auch eine Sternwarte in Deutschland: Gut 12 km nordöstlich von Jena gelegen, duckt sich die Kuppel des mit zwei Metern Durchmesser größten deutschen Teleskops in den Tautenburger Wald, eher untypisch für ein modernes Observatorium. Die 1961 noch als gesamtdeutsches Institut in Betrieb genommene Sternwarte liegt eben nicht auf einem einzelnen, isolierten Berg, wie die Spitzenteleskope in Chile oder Hawaii.

Der Stern 51 Pegasi

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Der Stern 51 Pegasi - der erste sonnenähnliche Stern, bei dem Michel Mayor und Didier Queloz von der Genfer Sternwarte einen möglichen Planeten entdeckt haben.

In jeder klaren Nacht spähen die Tautenburger in die Tiefen des Alls. Doch ob aus Thüringen oder von La Silla aus - Planeten haben ihre Tücken: Planeten sind sehr lichtschwach und stehen zudem noch in der Nähe eines hellen Sterns. Für heutige Teleskope verschwinden fremde Planeten unweigerlich im Strahlenkranz der Sterne. So messen die Astronomen bisher sehr indirekt: Zieht ein Planet um einen Stern, so bewegt sich auch der Stern ein wenig um den gemeinsamen Schwerpunkt. Um Planeten zu finden und zu erforschen brauchen die Wissenschaftler einen äußerst präzisen Spektrographen - also ein Gerät, das das Licht eines Sternes in seine Farben zerlegt, wie bei einem Regenbogen. Im Spektrum sind dann einzelne Linien zu erkennen - charakteristische Stellen, an denen das Sternlicht schwächer ist als normal. Durch die unterschiedliche Bewegung des Sterns wackeln diese Linien im Spektrum leicht hin und her - über diesen verräterischen Effekt erwischen die Astronomen die Planeten.

Massereiche Planeten vom Schlage Jupiters lassen den Stern stärker schwanken als Leichtgewichte von der Sorte der Erde. Im Licht des Sterns sehen die Astronomen, ob und wie schnell sich der Stern genau auf uns zu oder von uns weg bewegt: Diese so genannte Radialgeschwindigkeit verrät es, erklärt Eike Günther, Astronom an der Thüringischen Landessternwarte:

"Zur Zeit erreichen wir so 5 Meter pro Sekunde. Wir machen aber laufend Verbesserungen an dem Instrument und hoffen auf 3 Meter pro Sekunde herunterzukommen. Dies ist dann die typische Genauigkeit, wie man das auch bei anderen Experimenten erwartet."

Die Meßinstrumente der Astronomen sind heute so genau, daß sie die Bewegung eines Sternes auf etwa 3 Meter pro Sekunde genau messen können! HARPS, ein neues Instrument am 3,6-m-Teleskop der Europäischen Südsternwarte ESO in Chile, wird demnächst sogar auf etwa 1 Meter pro Sekunde genau beobachten können - ein Tempo von einem Meter pro Sekunde entspricht 3,6 Stundenkilometern.

Den Stern Beta Pictoris umgibt eine dichte Staubscheibe

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Den Stern Beta Pictoris (in der Mitte abgedeckt) umgibt eine dichte Staubscheibe, in der vermutlich gerade Planeten entstehen. Sah unsere Sonne vor gut 4,5 Mia Jahren ähnlich aus?

Auf diese indirekte Art hatte auch Michel Mayor seinen berühmten Planeten beim Stern 51 Pegasi entdeckt. Dieser Planet umkreist seinen Stern in nur vier Tagen, läßt also den Stern mit dieser Periode leicht hin- und herpendeln. Über den seitdem erreichten Erfolg freut sich der Direktor der Genfer Sternwarte.

"Wir haben einen enormen Anstieg der Entdeckungen. Bis jetzt sind über 100 Planeten bekannt. Aber das sind nicht einfach nur mehr Daten, wir kommen wirklich voran und lernen immer mehr Dinge über die Planeten selbst. Mittlerweile kennen wir einige Systeme, die sogar mehrere Planeten haben. Allmählich geht es nicht mehr bloß ums Suchen, wir machen jetzt richtig Physik mit denen."

Doch die Radialgeschwindigkeitsmethode hat einen entscheidenden Haken: Die beobachtete Bewegung eines Sterns liefert stets nur eine Untergrenze für die Masse des Begleiters. Denn die Astronomen messen im Spektrum nur die Geschwindigkeit des Sterns exakt auf uns zu bzw. von uns weg. Eine Bewegung des Sterns nach links oder rechts ist im Spektrum nicht zu sehen. Blicken wir unter ziemlich flachem Winkel auf die Bahn des Begleiters, dann registrieren wir fast die komplette Bewegung des Sterns. Haben wir aber Pech und blicken fast senkrecht auf die Bahn, dann hat der Stern seine Hauptbewegung - für uns unbeobachtbar - nach links und rechts.

Heißt es, der Stern 51 Pegasi habe einen Planeten von einer halben Jupitermasse, dann stimmt das nur, wenn wir ziemlich genau von der Seite auf die Planetenbahn blicken. Gucken wir tatsächlich fast senkrecht auf seine Bahn, dann könnte der "Planet" auch 50 oder mehr Jupitermassen haben - er wäre mithin ein Brauner Zwerg oder sogar ein ganz normaler kleiner Stern, auch wenn der beobachtete Stern mit der nur ganz geringen Bewegung auf uns zu einen Planeten vorgaukelt. Es hängt wortwörtlich vom Blickwinkel ab.

Unter den vielen Kandidaten sind bestimmt viele wahre Planeten - wir werden nur sehr selten zufällig fast senkrecht auf deren Bahn gucken. Nur sind niemals einem speziellen Stern ganz bestimmte Planeten zuzurechnen.

Die Tautenburger haben sich im Planetenwettstreit ihre Nische gesucht - sie haben es auf ganz spezielle Sterne abgesehen und betreiben sozusagen ein Außenseiterprogramm:

"Wir untersuchen sehr junge Sterne. Normalerweise spart man die in den bisherigen Untersuchungen vollkommen aus. Der Grund dafür ist, daß stellare Aktivität auch zu Geschwindigkeitsänderungen auf dem Stern führen kann. Das bedeutet, daß durch Aktivität auf dem Stern das Signal eines Planeten verwischt wird. Leider sind alle jungen Sternen sehr, sehr aktiv und durch diese Aktivität werden die Spektrallinien leicht hin- und herbewegt und daher ist die Entdeckung eines Planeten sehr, sehr schwierig."

Bis heute sind die meisten entdeckten Planeten sehr massereich und auf engen Bahnen um ihren Stern unterwegs - kein Wunder, schließlich ist die Radialgeschwindigkeitsmethode genau bei diesen "Exoten" am empfindlichsten.

Diese Kurve zeigt, daß zwei Planeten den Stern HD 82943 umkreisen

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Diese Kurve zeigt, daß zwei Planeten den Stern HD 82943 umkreisen. Mit einer Periode von 221 bzw. 444 Tagen pendelt der Stern hin und her. Die Geschwindigkeit des Sterns genau auf uns zu bzw. von uns weg variiert um +/- 80 Meter pro Sekunde.

Eike Günther und seine Kollegen an der Thüringischen Landessternwarte grasen in jeder klaren Nacht die Frischlinge am Himmel ab - und nehmen Spektren dieser Sterne auf. Nach mindestens drei Aufnahmen in unterschiedlichen Nächten könnten sich systematische Verschiebungen dieser Linien zeigen - dann würden die Astronomen sehr viel häufiger den Stern ins Visier nehmen, um den möglichen planetaren Begleiter dingfest zu machen.

Doch lohnt sich Profi-Astronomie in Deutschland überhaupt noch? Muß man für "richtiges" Beobachten nicht nach Chile reisen und die modernsten Teleskope an den besten Standorten nutzen? Warum beobachtet das Team um Eike Günther ausgerechnet vom chronisch verregneten Deutschland aus?

"Der Grund ist, daß es an einem großen Teleskop viele Beobachter gibt, die damit arbeiten wollen. Selbst so ein Planetensuchprogramm, wie es am Anglo-Australian-Telescope in Australien läuft, bekommt nur so etwa zehn Nächte pro Jahr oder so. In Tautenburg haben wir sozusagen das ganze Jahr über Beobachtungszeit. Das Problem ist natürlich, daß nur jede dritte Nachtstunde klar ist. Aber jede dritte Nachtstunde bedeutet immer noch, daß wir sehr, sehr viel klare Zeit hier haben. Wir können also Untersuchungen machen, für die wir einfach nur viel Beobachtungszeit brauchen. Das ist ideal für Planetensuche oder große Durchmusterungen am Himmel. 1000 Stunden an einer anderen Sternwarte zu bekommen, wäre praktisch unmöglich."