Großer sonnenähnlicher Stern, links oben deckt ein kleines schwarzes kreisförmiges Objekt einen Teil des Sterns ab.

Waage für Exoplaneten

Exoplaneten können ihr Gewicht nicht länger verheimlichen: Ein Forscher-Duo aus den USA hat ein neues Verfahren entwickelt, mit dem sich die Masse von Planeten bei anderen Sternen bestimmen lässt. Die neue „Planetenwaage“ verwendet das Sternenlicht, das durch die Atmosphäre eines Planeten hindurchgeht, wenn dieser – von der Erde aus gesehen – vor dem Stern vorüberzieht. Das eröffne verbesserte Möglichkeiten, die Umweltbedingungen – und damit auch die Lebensfreundlichkeit – der fernen Welten zu untersuchen, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Science“.

„Die Masse eines Exoplaneten ist der Schlüssel zu seinen grundlegenden Eigenschaften“, erläutern Julien de Wit und Sara Seager vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, „darunter auch sein Potenzial, Leben zu beherbergen.“ Das wichtigste Verfahren zur Bestimmung der Masse ist bislang die Radialgeschwindigkeitsmethode. Dabei messen die Astronomen die kleine Torkelbewegung des Zentralsterns unter dem Einfluss der Anziehungskraft seines Planeten. Je stärker diese Bewegung, desto größer die Masse des Planeten.

Links ist ein Teil eines großen Sterns zu sehen. Rechts am Rand des Sterns steht ein Planet im Vordergrund. Ein Pfeil nach rechts markiert die Richtung zur Erde. Ein kleiner Kasten zeigt das Spektrum des Sternenlichts, das durch die Atmosphäre des Planeten hindurch geht.
Transmissionsspektroskopie bei Exoplaneten

Die Methode lässt sich jedoch in vielen Fällen nicht anwenden: Wenn ein Planet eine sehr kleine Masse hat, er seine Bahn sehr weit von seinem Stern entfernt zieht, der Stern nur schwach leuchtet oder unregelmäßige Helligkeitsschwankungen zeigt, ist die Bewegung zu klein, um eine genaue Messung zu ermöglichen. Das neue Verfahren von de Wit und Seager bietet nun Abhilfe, jedenfalls für solche Planeten, deren Bahn gerade so liegt, dass sie von der Erde aus gesehen regelmäßig vor ihrem Stern vorüberziehen.

Bei einem solchen „Transit“ schwächt der Planet nicht nur die Helligkeit des Sterns geringfügig ab und verrät dadurch seine Anwesenheit. Ein Teil des Sternenlichts geht auch durch seine Atmosphäre hindurch und liefert den Astronomen dadurch wertvolle Informationen. Denn die Lufthülle „filtert“ das Sternenlicht in Abhängigkeit von ihrer chemischen Zusammensetzung. Wie de Wit und Seager nun zeigen, hängt die hindurchgehende Strahlung auch vom Verlauf des Atmosphärendrucks ab. Und da dieser Druckverlauf wiederum von der Masse des Planeten beeinflusst wird, lässt sich im Umkehrschluss aus dem gefilterten Sternenlicht die Masse bestimmen.

Die beiden Wissenschaftler haben ihr Verfahren bereits am Planeten HD 189733b getestet. HD 189733b ist ein so genannter „heißer Jupiter“, also ein Gasriese, der seinen Stern auf einer extrem engen Umlaufbahn umkreist. Für diesen Exoplaneten liegt bereits eine genaue Massenbestimmung aus der Radialgeschwindigkeit vor: Demnach enthält HD 189733b die 1,14-fache Masse des Planeten Jupiter. Die neue Planetenwaage von de Wit und Seager liefert einen Wert von 1,15 Jupitermassen. „eine exzellente Übereinstimmung“, so die beiden Wissenschaftler.