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Ein Exoplanet umkreist seinen Stern (künstlerische Darstellung).

Exoplaneten

18 Planeten, so groß wie unsere Erde

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Mit einer neuen Methode finden deutsche Wissenschaftler Himmelskörper, die bei der bisherigen Suche übersehen wurden.

In kosmischen Dimensionen betrachtet ist unsere Erde ein Winzling – so klein, dass ferne Zivilisationen auf einem ähnlichen Entwicklungsstand wie die Menschheit sie womöglich kaum im All entdecken würden. Irdischen Astronomen jedenfalls sind 18 Exoplaneten von der Größe der Erde, die das Weltraumteleskop Kepler eigentlich aufgespürt hat, bislang entgangen.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS), der Georg-August-Universität Göttingen und der Sternwarte Sonneberg haben diese Himmelskörper ausfindig gemacht, nachdem sie einen Teil der vom Teleskop gelieferten Daten mit einer von ihnen entwickelten, empfindlicheren Methode erneut auswerteten. All diese fremden Welten seien so klein, dass bisherige Suchkampagnen sie bisher übersehen hätten, heißt es in einer Mitteilung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung. Auf einem dieser Planeten könnten sogar lebensfreundliche Bedingungen herrschen, vermuten die Wissenschaftler; ein anderer zählt zu den kleinsten bekannten Planeten überhaupt. Die Forscher nehmen an, dass sie noch mehr als 100 zusätzliche Exoplaneten finden werden, wenn sie erst den gesamten Datenschatz von Kepler auswerten.

Das Weltraumteleskop war im März 2009 von der US-Raumfahrtagentur Nasa ins All geschickt worden mit dem Ziel, Planeten außerhalb unseres Sonnensystems – sogenannte Exoplaneten – zu suchen. Dafür wurde es in eine Umlaufbahn um die Sonne gebracht. Kepler beobachtete von dort aus eine bestimmte Region in der Milchstraße im Sternbild Schwan, wo sich knapp 200 000 Sterne tummeln. Die ursprünglich nur bis 2012 vorgesehene Mission wurde im November 2018 wegen Treibstoffmangels beendet.

Das Weltraumteleskop hat in dieser Zeit mehr als 4000 Planeten entdeckt, die um Sterne außerhalb unseres Sonnensystem kreisen. Die überwältigende Mehrheit dieser Himmelskörper – rund 96 Prozent – sind deutlich größer als die Erde, sie bewegen sich eher in der Liga der Gasriesen Neptun und Jupiter. Daraus sollte man allerdings nicht den Schluss ziehen, dass die meisten Planeten im Weltall so riesig sind – sie lassen sich wegen ihrer Größe nur deutlich leichter aufspüren als kleine, erklären die Max-Planck-Forscher. Allerdings sind es gerade eher die kleineren Welten, die Wissenschaftler faszinieren – denn ihre Existenz birgt die Hoffnung, in den unendlichen Weiten doch irgendwo einen Planeten zu finden, der unserer Erde ähnlich ist.

Ähnlich groß wie die Erde - aber gibt es irgendwo auch Leben auf den neu entdeckten Planeten?

Die 18 nun entdeckten Welten fallen in die Kategorie solcher erdgroßen Planeten. Der Radius des kleinsten von ihnen misst lediglich 69 Prozent des Erdradius, der größte überragt unseren Heimatplaneten um kaum mehr als das Zweifache. Die meisten dieser bislang unbekannten Planeten kreisen auf Bahnen relativ weit innen. Aufgrund der Nähe zum Stern herrschen dort Temperaturen von weit über 100 Grad Celsius, bei einigen ist es bis zu 1000 Grad Celsius heiß, wie die Wissenschaftler erläutern.

Ein Planet allerdings fällt aus dem Rahmen: Er dreht seine Bahnen innerhalb der sogenannten habitablen Zone um einen roten Zwergstern. – also in einem günstigen Abstand, der dem Planet Bedingungen verschaffen könnte, die flüssiges Wasser auf der Oberfläche ermöglichen. Flüssiges Wasser ist nach menschlichem Wissen eine unverzichtbare Voraussetzung, damit Leben entstehen kann. Kreist ein Planet in geringem Abstand um einen Stern, ist es dort viel zu heiß für Organismen, ist er weit entfernt davon unterwegs, herrscht eisige Kälte. Damit sich Pflanzen und komplexere Lebensformen entwickeln können, müsste auf einem Planeten eine Oberflächentemperatur zwischen null und 50 Grad Celsius herrschen. Grundsätzlich ist Leben nur auf Gesteinsplaneten möglich.

Die jetzt entdeckten Planeten waren bei der bisherigen Auswertung der Daten des Kepler-Weltraumteleskops durchs Raster gefallen, weil die gängigen Suchalgorithmen nicht empfindlich genug waren, um derart kleine Himmelskörper auszumachen, erklären die Wissenschaftler. Die herkömmliche Methode bei der Suche nach fernen Welten sieht so aus, dass die Daten, die das Teleskop liefert, nach periodisch wiederkehrendem Abfallen der Helligkeit von Sternen durchforstet werden. Diese kurzzeitige, meist nur wenige Stunden andauernde Verdunklung entsteht, wenn ein Planet von der Erde aus gesehen an einem Stern vorbeizieht. Der Fachausdruck dafür lautet Transit.

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Es ist eine indirekte Art, um nach Himmelskörpern zu fahnden. Direkt erkennen lassen sie sich nur selten, denn die schwache Reflexion von Planeten geht neben dem weitaus heller leuchtenden Stern unter. Eine direkte Beobachtung kann allenfalls bei einem sehr großen Abstand zwischen Planet und Stern gelingen – und das insbesondere dann, wenn der Planet selbst sehr groß ist. Bislang wurden nur knapp 70 Exoplaneten durch eine direkte Beobachtung entdeckt; mit einer fünf- bis sechzigfachen Masse des Jupiters sind sie allesamt gewaltige Riesen.

Kepler sollte nach erdähnlichen Planeten suchen.

Für die Suche nach erdähnlichen Planeten bleibt also nur die Transit-Methode. Aber mit den bisherigen Suchalgorithmen sind offenbar etliche nicht gefunden worden. Die herkömmlichen Verfahren setzten darauf, „sprunghafte Helligkeitsabfälle zu identifizieren“, erklärt René Heller vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Leiter des Forschungsteams und Erstautor der Studien: Tatsächlich aber würden Sterne am Rand etwas dunkler als in der Mitte erscheinen. „Wenn ein Planet vor einem Stern entlangzieht, blockiert er anfangs weniger Sternlicht. Erst zur Mitte des Transits erscheint der Stern am dunkelsten. Danach wir er wieder graduell heller.“

Zieht ein großer Planet vorbei, so verdunkelt er einen Stern so stark, dass dieser feine Unterschied kaum eine Rolle spielt – er wird so oder so entdeckt. Bei kleinen Planeten jedoch geht die Helligkeit oft nur so schwach zurück, dass diese Abfall in den natürlichen Schwankungen des Sterns und im Rauschen des Messinstruments kaum auffällt. Die Wissenschaftler um René Heller haben die Transit-Methode nun so modifiziert, dass ein realistischer Helligkeitsverlauf angenommen werde, erklärt Heller.

Dafür nahmen sich die Forscher Daten des Kepler-Teleskops erneut vor. In den ersten Phase der Mission zwischen 2009 und 2013 hatte des Teleskop den Helligkeitsverlauf von mehr als 100 000 Sternen aufgezeichnet. Auf diese Weise wurden 2300 Exoplaneten entdeckt. Bis zum Missionsende 2018 richtete das Teleskop seinen Blick auf mehr als 100 000 weitere Sterne. Die Forscher nahmen sich die Daten zwischen 2013 und 2018 vor und untersuchen jene 517 Sterne erneut, von denen bereits bekannt war, dass Planeten sie umkreisen – dabei fanden sie die 18 kleinen Planeten.

„Unser neuer Algorithmus trägt dazu bei, ein realistischeres Bild von der Exoplaneten-Population im Weltall zu gewinnen“, erklärt Michael Hippke von der Sternwarte Sonneberg. Vor allem für die Suche nach erdähnlichen Planeten bedeute die neue Methode einen „maßgeblichen Fortschritt“.

Die Wissenschaftler hoffen nicht allein, bei der Auswertung der restlichen Datensätze des Keler-Teleskops weitere erdähnliche Planeten zu finden. Auch für die geplante Plato-Mission der europäischen Weltraumorganisation Esa sei die neue Methode wertvoll, sagt Laurent Gizon, geschäftsführender Direktor des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung. Plato soll im Jahr 2026 ins All starten – mit dem Ziel, Exoplaneten zu entdecken, die um sonnenähnliche Sterne kreisen und der Hoffnung, irgendwo Leben zu finden.

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