Dienstag , 29. September 2020
Als Exoplaneten werden alle Planeten bezeichnet, die außerhalb unseres Sonnensystems um einen Stern kreisen. Quelle: Esa

Astrophysiker im Interview: „Wir werden wahrscheinlich nie alle Exoplaneten entdecken“

Seit Ende des 20. Jahrhunderts sind Astronomen auf der Suche nach Exoplaneten – also Planeten, die um fremde Sterne kreisen. Mit dem Planeten KOI-456.04 hat der Astrophysiker Dr. René Heller vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen jüngst für Aufsehen gesorgt. Im RND-Interview spricht er über seine neueste Entdeckung und die Jagd nach fremden Himmelskörpern.

Göttingen. Herr Heller, Sie beschäftigen sich tagtäglich mit fremden Galaxien, Sternen und Planeten. Was bedeutet es Ihnen, wenn Sie abends nach Feierabend noch einmal die Zeit finden, in den Nachthimmel zu schauen?

Ich habe zwei Töchter, die sind vier und sieben Jahre alt. Wenn wir aus irgendwelchen Gründen abends einmal spät nach Hause kommen, schauen wir uns kurz oben am Himmel die Sterne an und kommen am nächsten Morgen am Frühstückstisch wieder darauf zu sprechen. Wir reden dann zum Beispiel darüber, wie viele Sterne es gibt und wie viele man sehen kann. Wenn ich dann alles in Worte fasse, was ich sonst fast blind auf Papier schreibe, und mir diese Faszination und dieses Unverständnis von meinen Kindern widergespiegelt wird, dann kann sogar eine relativ banale Wiederholung der Tatsachen selber noch einmal faszinierend sein.

Zu sehen, dass jemand versucht zu verstehen, wie unermesslich riesig das Universum ist, obwohl die Sterne nur kleine Punkte am Nachthimmel sind, das berührt mich manchmal schon im Alltag. Dagegen ist meine Arbeit am Computer so abstrakt, dass die Faszination ab und zu durchaus verloren geht. Das heißt aber nicht, dass sie vollkommen verschwindet. Es kitzelt mich schon in den Fingern, Daten zu analysieren und Computercodes zu schreiben. Das ist ein eigener Antrieb – ein bisschen so wie Fußballspielen (lacht). Das macht man einfach, weil es Spaß macht.

Astronomen haben bisher noch kein außerirdisches Leben entdeckt

Was fasziniert Sie genau an der Suche nach Exoplaneten?

Ich war schon als Kind absolut fasziniert von der Frage, ob es in hunderten und tausenden von Lichtjahren Entfernung noch andere gibt, die genauso wie wir nach oben in den Himmel schauen. Also die bloße Suche nach großen Gesteinsklumpen oder Gasriesen ist auch interessant, aber steht für mich eher im Zusammenhang mit der Frage, wie der Mensch im Universum gestellt ist und ob es Leben außerhalb der Erde gibt. Zu verstehen, wie ein Sonnensystem aufgebaut ist und wie Sterne, Planeten, Milchstraßen und Galaxien entstehen, ist schön und gut, aber das kann noch nicht alles gewesen sein.

Was glauben Sie denn: Sind wir alleine im Universum?

Ihre Frage impliziert genau die Krux der ganzen Sache. Das Problem ist, dass wir Wissenschaftler ungern glauben möchten, weil wir lieber verifizieren oder falsifizieren. Aber derzeit können wir das noch nicht, weil die Instrumente und Datenqualität nicht ausreichen. Ich kann also nur von meiner Intuition reden. Weil ich weiß, wie groß das Universum ist, kann ich mir nur schwer vorstellen, dass es nur einen bewohnten Planeten gibt.

Es würde mich nicht überraschen, wenn praktisch das ganze Universum von niederen Lebensformen wie Bakterien und Pflanzen “bevölkert” ist. Aber intelligentes Leben könnte durchaus rar gesät sein. Seit ein paar Jahrzehnten suchen verschiedene wissenschaftliche Projekte nach außerirdischem Leben, aber bisher war man noch erfolglos.

Neuer Exoplanet ist keine zweite Erde

Sie haben vor wenigen Tagen für Aufsehen gesorgt, weil Sie einen neuen Exoplaneten namens KOI-456.04 entdeckt haben. Was ist das Besondere an diesem Planeten?

Dazu muss man wissen, dass die ersten Exoplaneten 1995 gefunden wurden und in den ersten zehn Jahren fast alle entdeckten Planeten ungefähr so groß wie Jupiter waren – also hunderte Male so schwer und vielleicht zehnmal so groß wie die Erde. Inzwischen ist die Technik so sensibel, dass sogar schon Exoplaneten entdeckt wurden, die ungefähr gleich groß sind wie die Erde.

KOI-456.04 ist doppelt so groß wie die Erde, hat aber einen entscheidenden Vorteil gegenüber den anderen etwa erdgroßen Exoplaneten: Er ist in der habitablen Zone. Das ist ein Abstandsbereich, wo ein ungefähr erdähnlicher Planet weder zu heiß noch zu kalt wäre, um flüssiges Wasser zu haben. Fast alle erdgroßen Exoplaneten, die man bisher gefunden hat, sind zu nah dran an ihrem jeweiligen Stern.

Je weiter weg die Planeten allerdings von ihrem Stern sind, desto schwieriger sind sie zu finden. KOI-456.04 ist relativ weit weg von seinem Stern, in der habitablen Zone und relativ klein – das ist schon recht besonders.

Das kleine i-Tüpfelchen ist, dass alle zuvor entdeckten, ungefähr erdgroßen Exoplaneten in der habitablen Zone sehr massearme Sterne umkreisen, sogenannte rote Zwerge. Unser Planet umkreist hingegen einen sonnenähnlichen Stern. KOI-456.04 ist also relativ klein, in der habitablen Zone und er umkreist einen sonnenähnlichen Stern – diese Verkettung ist bisher einmalig. Das heißt, die Tendenz geht schon in Richtung zweiter Erde. Aber KOI-456.04 ist keine zweite Erde.

Sie haben bei der Suche nach Exoplaneten die Transitmethode verwendet. Wie funktioniert dieses Verfahren?

Wir gucken uns einen Stern an und schauen, wie dieser seine Helligkeit verändert. Wenn ein Stern eine periodische, wiederkehrende Verdunklung zeigt, kann man darauf schließen, dass vor diesem Stern ein Planet entlangzieht. Dieses wiederkehrende Signal kann man recht gut mit einem Computeralgorithmus finden. Schwierig wird es vor allem, wenn die Signale ziemlich schwach sind, also die Verdunklung sehr klein ist. Das ist dann charakteristisch für einen kleinen Exoplaneten.

TESS-Weltraumteleskop liefert neue Erkenntnisse

Auch die Daten des Kepler-Weltraumteleskops, das von 2009 bis 2018 rund 150.000 Sterne erforscht hat, haben Sie verwendet. Inzwischen wurden die Ergebnisse schon mehrfach vollständig durchsucht. Wie schaffen Sie es, trotzdem noch neue Exoplaneten zu entdecken?

Wir haben einen ganz billigen Trick (lacht). Bei rund 4000 dieser 150.000 Sterne wurden Transitplaneten gefunden. Wir gucken einfach, ob diese 4000 Sterne noch weitere Exoplaneten haben, die vorher nicht gefunden wurden, weil die damaligen Computeralgorithmen nicht so sensibel waren. Dann spart man sich eine riesengroße Datenmenge und findet trotzdem ein paar Kandidaten. Wir haben also eine Abkürzung genommen. Hinzu kommt, dass es aus statistischen Gründen ziemlich unwahrscheinlich ist, ein falsches Signal um einen Stern zu finden, der bereits einen Planeten hat.

Nehmen andere Astronomen eine ähnliche Abkürzung, oder woran liegt es, dass inzwischen beinah täglich neue Exoplaneten gefunden werden?

Nein, das ist nicht der Grund. Die meisten Planeten werden heutzutage mit dem neuen Weltraumteleskop TESS gefunden. Das ist super für uns. Weil die anderen Wissenschaftler weiterziehen, haben wir gar keine große Konkurrenz mehr. Wir können uns jetzt gemütlich die Daten angucken und müssen nicht alle paar Wochen ein Paper veröffentlichen.

TESS hat eine andere Beobachtungsstrategie als das Kepler-Teleskop und guckt sich andere Sterne an. Die Daten sind dementsprechend frisch und bei Wissenschaftlern begehrt. Deshalb werden jetzt so viele Exoplaneten gefunden. Das ist ein bisschen so, als ob man die Küche durchgekehrt hat und meint, alle Krümel gefunden zu haben, und jetzt ins Wohnzimmer geht, um dort neue Krümel zu finden. Und wir gehen jetzt in der Küche mit dem Handfeger in die Ecken rein und schauen uns die alten Brotkrümel an, die dort schon seit längerer Zeit liegen.

Heller arbeitet an PLATO-Mission der Esa

In den nächsten Jahren sind weitere Weltraummissionen geplant, die Informationen über das Universum liefern sollen. Inwiefern könnten diese Missionen die Suche nach Exoplaneten verbessern?

Wir kennen jetzt tausende Planeten und in wenigen Jahren wahrscheinlich hunderttausende. Irgendwann ist die Statistik gut genug, dass wir aus neuen Planetenfunden nicht mehr viel lernen können. Gerade helfen die Funde aber noch dabei, zu verstehen, wie die Planeten entstehen. Ich arbeite gerade an einer Mission der Esa namens PLATO. Dabei wollen wir die Transitmethode in großem Stil anwenden – ähnlich wie bei der Kepler-Mission. Allerdings wird das Sichtfeld viele Male größer sein als das von Kepler und es wird besonders sensitiv für helle Sterne sein.

Das Problem bei der Kepler-Mission war, dass zwar viele Sterne angeschaut wurden, aber hauptsächlich nur Dunkle, sodass die Nachbeobachtungen von der Erde aus schwierig waren. Man konnte leider bei einem Planetenfund nicht mehr über den Exoplaneten herausfinden, zum Beispiel über die Masse. Durch die Transitmethode findet man nur den Radius des Exoplaneten heraus. Die Masse herauszufinden, ist “nur” bei ein paar hundert Planeten gelungen. Durch die PLATO-Mission können die Nachbeobachtungen von der Erde aus besser durchgeführt werden und man wird von vielen der Transitplaneten auch die Masse herausfinden. Hat man nämlich den Radius und die Masse, lässt sich die Dichte errechnen. Die Dichte gibt dann wiederum Aufschluss über die Zusammensetzung des Planeten.

Bisher listet das NASA Exoplaneten-Archiv mehr als 4000 Exoplaneten. Mit wie vielen unentdeckten Planeten rechnen Sie noch?

Wir haben gerade einmal in unserer Milchstraße die klitzekleinste Nachbarschaft erforscht. Wenn man die Häufigkeitsrate der Exoplaneten in diesem klitzekleinen Teil um die Sonne herum einmal auf die Milchstraße hochrechnet, kommen Milliarden oder hunderte Milliarden Planeten heraus. Allerdings werden wir wahrscheinlich nie alle Exoplaneten entdecken können. Viele sind auf der anderen Seite der Milchstraße und deshalb außerhalb unseres Sichtfeldes.

Das heißt, wir werden wahrscheinlich noch Generationen lang neue Exoplaneten entdecken, solange wir neue Sterne betrachten können. Diese Planeten werden immer weiter entfernt sein und wahrscheinlich immer skurriler werden – und sicherlich werden wir auch noch erdähnliche Planeten finden.

Oberflächen der Exoplaneten sind noch nicht erforscht

Was macht einen Exoplaneten eigentlich erdähnlich?

Wenn wir von erdähnlich reden, meinen wir bisher einen Planeten, der in etwa so groß ist wie die Erde und eine ähnliche Masse hat. Allerdings wissen wir in den meisten Fällen auch nicht mehr über einen Exoplaneten. Oberflächen zum Beispiel können wir noch nicht studieren. Und stellen Sie sich mal vor, Sie wüssten von der Erde nur den Radius und die Masse.

Wenn man den Mond von außen sehen würde, könnte man auch sagen, er ist erdähnlich, hat aber keine Atmosphäre. Die Atmosphäre sollte einen erdähnlichen Aufbau und Druck haben, damit auf der Planetenoberfläche nicht alles zerquetscht wird oder Wasser gar nicht stabil sein kann. Ich könnte jetzt dutzende Argumente aufzählen, die einen Planeten erdähnlich machen würden, aber am Ende hätte man nur erzählt, was die Erde ist, oder? Deshalb fehlt uns Astronomen eigentlich ein Konzept zum Definieren.

Könnten Sie sich denn vorstellen, auf einem erdähnlichen Planeten zu leben?

Also ich selber kann es mir nicht vorstellen, weil ich Kinder habe und ungern hinreisen würde. Aber einmal über einen Planeten hinwegfliegen und von oben anschauen, das würde ich schon gerne machen. Ich würde die Erkundung vor Ort aber dann doch den Waghalsigen überlassen. Vorerst ist mir die Erde erdähnlich genug.

Von Laura Beigel/RND