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Exoplaneten : Der lange Weg zum Planetenporträt

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Der Trick mit dem Laser-Leitstern

Das wird vermutlich vorerst auch so bleiben, meint Markus Feldt. Der Astrophysiker vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg arbeitet am derzeit fortschrittlichsten Planetensucher, genannt Sphere („Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch Instrument“). Das Instrument ist am Flaggschiff der europäischen Südsternwarte Eso, dem Very Large Telescope (VLT), auf dem Paranal in der chilenischen Atacama-Wüste installiert. Mit Sphere zeichnen Feldt und seine Kollegen den Weg nach, den ihre Kollegen im 19. und frühen 20. Jahrhundert gegangen sind:

Die Astronomen erforschten damals mit der zuvor erfundenen Spektralanalyse die Natur der Sterne und lernten so, um was es sich bei diesen funkelnden Lichtpunkten am Himmel eigentlich handelt. „Nun geht es darum, Planeten per Spektroskopie und Polarimetrie zu charakterisieren und Rückschlüsse auf die Eigenschaften ihrer Atmosphären zu ziehen“, erklärt Feldt. Das gelingt von Chile aus besonders gut. Der Norden des Landes ist nicht nur Heimat einer der trockensten Wüsten der Erde, auch haben Astronomen von hier aus einen Blick auf die gesamte Südhemisphäre des Firmaments. Durch eine Laune der Natur stehen die meisten jungen, nahen Sterne auf der Südseite des Himmelsäquators.

Das bedeutet reichlich Beobachtungsziele für Sphere. Dessen wichtigste Bestandteile sind neben einem Spektrographen eine Differenzenkamera und ein differentielles Polarimeter. Denn bevor das Spektrum eines Planeten untersucht werden kann, muss die Natur ausgetrickst werden, und zwar auf dreifache Weise. Zunächst gilt es, die unvermeidlichen Turbulenzen der irdischen Atmosphäre zu korrigieren. Dazu projiziert ein Laserstrahl einen künstlichen „Leitstern“ in die Atmosphäre, anhand dessen ein Computer die durch die Luftunruhe verursachten Störungen misst und in Echtzeit mit deformierbaren Teleskopspiegeln ausgleicht.

Künstliche Sonnenfinsternis

Ohne diese in den vergangenen zwei Jahrzehnten entwickelte „adaptive Optik“ würden die Luftbewegungen die eigentlich nadelpunktfeinen Sternabbildungen zu wabernden Lichtflecken aufblähen und eine Suche nach eventuellen Begleitern unmöglich machen. Die per adaptiver Optik korrigierten Bilder sind fast so scharf wie die Aufnahmen des Hubble-Weltraumteleskops. Zweitens muss das millionenfach hellere Licht des Sterns geblockt werden. Astronomen und Ingenieure haben dazu eine künstliche Sonnenfinsternis entwickelt - die Rolle des Mondes als Schattenspender übernimmt hier eine kleine Blende. Präzise vor den Stern plaziert, lässt die Blende nur das Licht jener Objekte passieren, die sich in direkter Nachbarschaft aufhalten.

Doch auch das genügt noch nicht: Ähnlich wie die von einem Daumen verdeckte Sonne am Himmel sind auch die vom Teleskop abgebildeten Sterne von Streulicht umgeben, das immer noch um Größenordnungen heller ist als das blasse Leuchten der Planeten. Im dritten Schritt kommen daher Differenzenkamera und Polarimeter zum Einsatz: Planeten leuchten in der Regel nicht selbst, sie reflektieren das Licht ihrer Sterne. Diese Strahlung ist, im Gegensatz zum direkten Sternlicht, polarisiert, ihre elektromagnetischen Wellen schwingen in einer bevorzugten Richtung. Polarisationssonnenbrillen funktionieren nach diesem Prinzip, sie filtern polarisiertes Licht, das etwa von einer spiegelnden Wasseroberfläche zurückgeworfen wird.

Bei Sphere - es ist seit Mai 2014 in Betrieb - sind die Astronomen an dem interessiert, was die Sonnenbrille blockieren soll: Ein ausgeklügeltes System aus Filtern sorgt dafür, dass nur das polarisierte Licht ohne störendes Sternlicht in den Spektrographen gelangt - also ausschließlich das Licht möglicher Planeten und anderer reflektierender Objekte in der Umgebung des Sterns.

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