Extrasolare Planeten

Planeten außerhalb unseres Sonnensystems lassen sich nur selten direkt beobachten. Dennoch haben Astronominnen und Astronomen mittlerweile mehr als 6600 solcher fernen Welten aufgespürt.

Selten hat sich ein Forschungsgebiet so rasant entwickelt wie die Suche nach Planeten bei anderen Sternen. Noch vor drei Jahrzehnten waren sich Astronominnen und Astronomen nicht einmal sicher, ob es außerhalb unseres Sonnensystems überhaupt Planeten gibt. Im Jahr 1995 wiesen Michel Mayor und Didier Queloz dann erstmals einen Planeten um einen fernen sonnenähnlichen Stern nach. Mittlerweile sind mehr als 6600 extrasolare Planeten bekannt, die sich in über 4800 verschiedenen Sonnensystemen befinden – und Mayor und Queloz erhielten für ihre Entdeckung den Nobelpreis für Physik.

Nachweismethoden

Nur wenige der bisher entdeckten Exoplaneten lassen sich direkt mit einem Teleskop beobachten. Denn die Zentralsterne leuchten millionenfach heller und überstrahlen damit ihre Begleiter. Glücklicherweise machen sich die fernen Welten nicht nur durch das von ihnen reflektierte Licht bemerkbar. Auch ihre Schwerkraft hinterlässt beispielsweise Spuren. Denn genau genommen kreist nicht nur der Planet um seine Sonne, sondern beide um den gemeinsamen Massenschwerpunkt. Dadurch scheint der Stern leicht zu „torkeln“. Die auf die Erde gerichtete Komponente dieser Bewegung – die Radialgeschwindigkeit – wirkt sich auf das Lichtspektrum des Sterns aus: Kommt er auf uns zu, wird sein Licht zu kleineren Wellenlängen verschoben, bewegt er sich von uns fort, wird das Licht langwelliger.

Radialgeschwindigkeitsmethode

Im Lichtspektrum des Sterns 51 Pegasi stießen Mayor und Queloz auf genau solche periodischen Änderungen. Damit hatten die beiden einen handfesten Beleg für einen Planeten in diesem Sonnensystem gefunden. Neben dieser Radialgeschwindigkeitsmethode kommen bei der Suche nach extrasolaren Welten auch weitere indirekte Verfahren zum Einsatz. Am erfolgreichsten ist die Transitmethode: Rund 4400 der bekannten Exoplaneten ließen sich damit aufspüren. Dabei machen sich Astronominnen und Astronomen zunutze, dass manche Planeten von der Erde aus gesehen bei jedem Umlauf vor ihrem Gestirn vorüberziehen.

Während eines solchen „Transits“ verdecken die Begleiter einen kleinen Bereich des Sterns und verdunkeln ihn dadurch geringfügig. Nach solchen regelmäßigen Helligkeitsschwankungen lässt sich vorzüglich mit automatischen Teleskopen suchen, sowohl von der Erde aus als auch aus dem Weltall. Legendär ist etwa das Weltraumteleskop Kepler, das von 2009 bis 2018 die Helligkeit von etwa 190 000 Sternen überwachte und so über 2700 Exoplaneten entdeckte. Weitere Verfahren – etwa auf der Basis von astrometrischen Messungen oder des Gravitationslinseneffekts – spielen dagegen lediglich eine untergeordnete Rolle bei der Suche nach Exoplaneten.

Zweite Erde

Die Vielfalt der bis dato aufgespürten Systeme verblüfft Astronominnen und Astronomen. Unser eigenes Sonnensystem scheint demnach keineswegs typisch zu sein. Mit seinen nahezu kreisförmigen Umlaufbahnen und seiner Ordnung – kleine Gesteinsplaneten in den inneren Regionen, große Gasplaneten weiter außen – stellt es offenbar eher eine Ausnahme dar. Wie häufig sich lebensfreundliche Planeten ähnlich unserer Erde im Weltall finden lassen, ist noch eine offene Frage. Bisher befinden sich 70 der entdeckten Planeten ebenfalls in der sogenannten „habitablen Zone“ ihres Sterns und nur 29 davon dürften Gesteinsplaneten wie die Erde sein. In der habitablen Zone ist die Oberflächentemperatur gerade so groß, dass Wasser in flüssiger Form existieren kann – eine Voraussetzung für Leben in der Form, wie wir es auf der Erde kennen.

Allerdings ist allein die Lage eines Planeten in der habitablen Zone – selbst, wenn er ähnlich groß ist wie die Erde – keine Garantie dafür, dass auf ihm tatsächlich lebensfreundliche Bedingungen herrschen. Das zeigen beispielsweise die Planeten Venus und Mars in unserem Sonnensystem. Und umgekehrt gilt: Auch außerhalb der habitablen Zone könnte es lebensfreundliche Welten geben. So existieren unter dem dicken Eispanzer mancher Monde von Jupiter und Saturn sehr wahrscheinlich große Ozeane aus Wasser. Und erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass auch dort die Voraussetzungen für Leben erfüllt sein könnten. Um weitere Belege dafür zu sammeln, sind bereits Raumsonden in Planung oder sogar schon unterwegs. Am 14. April 2023 startete etwa die Raumsonde JUICE ins All, die neue Erkenntnisse über Jupiter und seine großen Eismonde liefern soll. Voraussichtlich im Oktober 2024 folgt die Sonde Europa Clipper, die Jupiter 2030 erreichen und speziell dessen Mond Europa ins Visier nehmen wird.

Zu den Planeten und Monden ferner Sterne lassen sich in überschaubaren Zeiträumen jedoch keine Raumsonden entsenden. Indem Astronominnen und Astronomen das aus diesen Systemen empfangene Licht analysieren, können sie aber dennoch nach Spuren von Leben suchen. Denn die Atome und Moleküle in den Atmosphären der Exoplaneten hinterlassen im Lichtspektrum charakteristische Signaturen. Auf diese Weise würden sich auch Substanzen bemerkbar machen, die typisch sind für Leben, wie wir es kennen: Sauerstoff etwa oder Methan. Viele solcher „Biomarker“ können allerdings auch durch nichtbiologische Prozesse entstehen. So wurde zwar Methan auf dem Mars aufgespürt, doch vermutlich stammt es von geologischen Vorgängen.

Große Hoffnungen ruhen auf neuen Observatorien im Weltall und auf der Erde, wie etwa dem James-Webb-Weltraumteleskop und dem im Bau befindlichen Extremely Large Telescope der Europäischen Südsternwarte. Mit ihnen wollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler künftig zahlreiche Biomarker auf den fernen Welten nachweisen, die sich in ihrer Kombination allein durch biologische Vorgänge erklären lassen. Was sich dahinter verbirgt – ob es sich also lediglich um einzelliges Leben handelt, um eine reichhaltige Ökosphäre mit komplexen Lebensformen oder gar um intelligente Wesen, die wie wir Menschen den Kosmos erforschen und dort nach Leben suchen –, bliebe aber weiterhin eine offene Frage.