Vordergrund: glühender Planet, Hintergrund: großer sonnenähnlicher Stern

Erdähnlich – aber glühend heiß

Im August entdeckten Astronomen einen Planeten mit dem 1,2-fachen Durchmesser der Erde, der den 700 Lichtjahre entfernten Stern Kepler 78 auf einer extrem engen Bahn umkreist: Gerade einmal 8,5 Stunden benötig er für einen Umlauf. Jetzt ist es zwei internationalen Forschungsgruppen gelungen, auch die Masse des Planeten Kepler 78b zu bestimmen. Sie beträgt das 1,7-fache der Erdmasse. Damit besitzt Kepler 78b nahezu die gleiche Dichte wie die Erde. Und damit, so die Entdeckerteams im Fachblatt „Nature“, vermutlich auch eine ähnliche chemische Zusammensetzung. Kepler 78b ist der bislang kleinste Exoplanet, für den sowohl die Größe als auch die Masse gemessen werden konnten.

„Etwa 16,5 Prozent aller sonnenähnlichen Sterne werden von Planeten mit einem Durchmesser, der um weniger als 25 Prozent vom irdischen Wert abweicht, umkreist“, schreiben Francesco Pepe von der Sternwarte Genf und seine Kollegen. Das zeigen Daten des Weltraumteleskops Kepler, das von 2009 bis 2013 nach Planeten bei anderen Sternen gesucht hat. Die von Kepler aufgespürten Planeten haben sich dadurch verraten, dass sie auf ihrer Bahn von der Erde aus gesehen periodisch vor ihrem Stern vorüber ziehen und dabei dessen Helligkeit leicht abschwächen. Aus dieser Helligkeitsänderung können die Astronomen sofort die Größe des Planeten berechnen. „Nicht aber ihre Masse“, so Pepe und sein Team, „deshalb blieb bislang unklar, ob diese erdgroßen Planeten der Erde auch bezüglich ihrer Zusammensetzung ähneln.“

Pepe und sein Team, sowie eine zweite Forschergruppe um Andrew Howard von der University of Hawaii, haben deshalb mithilfe großer Teleskope auf der Erde nach periodischen Veränderungen im Spektrum des Sterns Kepler 78 gesucht. Denn streng genommen kreist ein Planet nicht um seinen Stern, sondern beide um ihren gemeinsamen Massenschwerpunkt. Dadurch bewegt sich der Stern periodisch auf die Erde zu und von ihr weg – und diese Bewegung verrät sich über den Dopplereffekt im Spektrum des Sternenlichts. Charakteristische Linien im Spektrum, verursacht durch Absorption in der Sternatmosphäre, verschieben sich zu kürzeren Wellenlängen, wenn sich der Stern auf den Beobachter zu bewegt, und zu längeren, wenn er sich vom Beobachter entfernt.

Weltraumteleskop vor Sternenhintergrund, rechts vom Teleskop Erde und Mond, links oben ein Stern mit zwei Planeten.
Weltraumteleskop Kepler

Die beiden Teams wurden fündig und stießen auf eine periodische Bewegung des Sterns mit einer Geschwindigkeit von etwa zwei Metern pro Sekunde. Daraus konnten die Astronomen dann die Masse des Planeten ermitteln, denn die Bewegung des Sterns ist umso stärker, je massereicher sein Begleiter ist. Aus Größe und Masse ergibt sich dann schließlich die mittlere Dichte des Planeten. „Sie liegt mit 5,57 Gramm pro Kubikzentimeter sehr nahe an der Dichte der Erde“, so Pepe und seine Kollegen. Das deute darauf hin, dass Kepler 78b ähnlich wie die Erde hauptsächlich aus Eisen und Gestein bestehe.