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Exoplaneten : Der lange Weg zum Planetenporträt

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Der fleckige Hintergrund im mittleren und rechten Bild entsteht durch die aufwendige Bildbearbeitung, die nötig ist, um das schwache Licht der Planeten aus dem helleren Sternlicht zu filtern. Bild: ESA/Hubble; NASA, dpa

Vor 20 Jahren wurde der erste Exoplanet bei einem sonnenähnlichen Stern entdeckt, fast 2000 folgten. Nun sollen neue Spektrographen und jede Menge Hightech den fernen Welten ihre Geheimnisse enthüllen.

          Es ist eines der bemerkenswertesten Fotos der Raumfahrtgeschichte. Als am 14. Februar 1990 Ingenieure der amerikanischen Raumfahrtbehörde Nasa „Voyager 1“ noch einmal Richtung Erde schwenkten, war die am 5. September 1977 gestartete Raumsonde rund sechs Milliarden Kilometer von der Erde entfernt. Aus dieser einzigartigen Perspektive fotografierte Voyager 1 das gesamte innere Sonnensystem mit seinen Planeten. Unsere kosmische Heimat, die Erde, erscheint auf dem Bild als unscheinbarer, blass-blauer Lichtpunkt. Wolken, Kontinente oder Meere sind darauf nicht zu erkennen.

          Mag der „pale blue dot“ auch mehr von kulturellem als wissenschaftlichem Wert sein, heutzutage sind Astronomen froh, wenn sie Planeten außerhalb des Sonnensystems überhaupt auf diese Weise ablichten können. Fünf Jahre nach Voyagers legendärem Foto spürten Michel Mayor und Didier Queloz von der Universität Genf mit dem 1,9-Meter-Teleskop des französischen Observatoriums Haute-Provence den ersten extrasolaren Planeten bei einem sonnenähnlichen Stern im Sternbild Pegasus in rund 50 Lichtjahren Entfernung auf: 51 Pegasi b. Zwanzig Jahre später sind mittlerweile fast 2000 Exoplaneten in den Weiten der Milchstraße bekannt.

          Allerdings sind diese Welten bislang nur gesichtslose Phantome - außer ihren Umlaufzeiten, Massen und Größen weiß man praktisch nichts von ihnen. Kein Wunder, denn selbst der nächstgelegene Exoplanet ist von der Erde mehr als 15 000 Mal so weit entfernt wie Voyager 1 im Jahr 1990. Zudem wird das schwache Glimmen des Trabanten meist vom Licht des Heimatsterns völlig überstrahlt. So schwierig es ist, eine Motte neben einem Kilometer weit entfernten Flutlichtscheinwerfer zu erkennen, ist es für Astronomen meist unmöglich, ferne Planeten direkt zu sehen, und das selbst mit den derzeit leistungsfähigsten Teleskopen.

          Verräterische Spektrallinien

          Vielmehr verrät sich ein Exoplanet dadurch, dass er seinen Heimatstern durch die wechselseitige Anziehungskraft zum Taumeln bringt oder jedes Mal einen Teil des Sternlichts ausblendet, wenn er an ihm vorbeizieht. Stets beobachten die Astronomen jedoch das Licht des Sterns, nicht das des Planeten. Dabei sind Planetenbilder, und seien es nur Lichtpunkte, von großem wissenschaftlichem Wert. Wie ein Planet eigentlich aussieht, welche Substanzen seine Atmosphäre enthält, ob er Wolken hat und wie seine Oberfläche beschaffen ist - alle diese Informationen stecken, kodiert als Spektrallinien, in seinem Leuchten. Auch die Frage nach möglichem Leben lässt sich nur aus der Spektralanalyse seines Lichts beantworten.

          Obwohl mehrere tausend Sterne über der Atacamawüste leuchten, erzeugen die Astronomen am Very Large Telescope noch einen weiteren: Mit einem Laserstrahl Natriumarome regen sie dazu in 90 Kilometer Höhe zum Leuchten an. Der dabei entstehende „künstliche Stern“ hilft ihnen anschließend, die Turbulenzen der Erdatmosphäre zu korrigieren und so schärfere Bilder zu erreichen. Von dieser „adaptiven Optik“ profitiert auch Sphere, ein neuer „Planetensucher“, der seit 2014 am VLT im Einsatz ist. 

Bilderstrecke
          Obwohl mehrere tausend Sterne über der Atacamawüste leuchten, erzeugen die Astronomen am Very Large Telescope noch einen weiteren: Mit einem Laserstrahl Natriumarome regen sie dazu in 90 Kilometer Höhe zum Leuchten an. Der dabei entstehende „künstliche Stern“ hilft ihnen anschließend, die Turbulenzen der Erdatmosphäre zu korrigieren und so schärfere Bilder zu erreichen. Von dieser „adaptiven Optik“ profitiert auch Sphere, ein neuer „Planetensucher“, der seit 2014 am VLT im Einsatz ist. :

          Bei vielen eng um ihre Sterne kreisenden Exoplaneten - wie dem „heißen Jupiter“ 51 Pegasi b - ist die Chance äußerst gering, auf absehbare Zeit ein direktes Abbild zu erhalten. Anders sieht das bei nicht zu weit entfernten, großen und jungen Planeten aus, deren Umlaufbahnen größer sind als die der äußeren Planeten unseres Sonnensystems. Beispiele sind die vier Planeten des 130 Lichtjahre entfernten Sterns HR 8799. Im Jahr 2008 mit den Teleskopen Keck und Gemini auf Hawaii entdeckt, zählen die Objekte zu den ersten Trabanten, deren Licht Astronomen mit einem Kamerachip festhalten konnten. Ende 2012 versuchten amerikanische Forscher mit „Project 1640“, den vier Exoplaneten auch ein Gesicht zu geben. Project 1640 ist ein neuartiger „Planetensucher“.

          Das Instrument ist am Fünf-Meter-Hale-Teleskop auf dem Palomar Mountain in Südkalifornien installiert. Es kann Planeten direkt abbilden und ihr Licht simultan spektrographisch untersuchen. Die Planeten von HR 8799 ähneln allerdings nicht einmal annähernd unserer Erde: Die Forscher stießen bei der Analyse der Spektren auf Ammoniak, Acetylen, Kohlendioxid oder Methan, in unterschiedlichen Konzentrationen. Keiner der vier Planeten gleicht zwar seinem Nachbarn, aber alle besitzen offenbar dichte Atmosphären, in denen auch Wolken existieren. Doch ähneln die ersten Exoplanetenporträts eher einfachen Phantombildern als detailreichen Fotografien.

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