Neue Welten im All

Bisher kennt die Wissenschaft über 200 Planeten, die um sonnenähnliche Sterne kreisen. Die meisten davon sind allerdings lebensfeindliche Gasriesen wie Jupiter. Doch es gibt einige Planeten, die erdähnliche Planeten aufweisen könnten, wie sich bei der zweiten Erde um den Stern Gliese51 gezeigt hat. Roland Roth stellt die vielversprechendsten Kandidaten vor.

Im Umkreis von ca. 100 Parsec* um unser Sonnensystem wurden bis jetzt nur um 7% der Sterne Planeten gefunden. Die ersten Planeten überhaupt, die außerhalb unseres Sonnensystems entdeckt wurden, umkreisen den Pulsar mit dem Namen PSR 1257+12.

Der erste Exoplanet in einem Orbit um einen sonnenähnlichen Stern wurde 1995 entdeckt. Dieser Planet rotiert im 4,2-Tagestakt um den ca. 40 Lichtjahre entfernten Stern Pegasus 51 und hat 0,46 Jupitermassen. Solche Planeten befinden sich in sogenannten „bizarren Sonnensystemen“ und haben durch ihre kurze Umlaufzeiten und ihren exzentrischen Bahnen eine geringe Wahrscheinlichkeit, erdähnlich zu sein. Entsprechend ist Leben, wie wir es kennen, praktisch ausgeschlossen.

Exoplaneten im Orbit um sonnenähnliche Sterne konnten bislang nicht mit Teleskopen direkt beobachtet werden, da sie sehr lichtschwach sind. Sie werden von dem um ein Vielfaches helleren Stern, um den sie kreisen, überstrahlt. Das Auflösungsvermögen von erdgestützten Teleskopen reicht heute noch nicht dazu aus, um zwei so relativ nahe beieinander liegende Objekte mit so großem Helligkeitsunterschied wie einem Planet und seinem Stern getrennt darzustellen. Man nutzt daher verschiedene indirekte Methoden wie die Transitmethode, bei der durch die Bedeckungen des Sterns durch den Planeten periodische Helligkeitsabsenkungen des Sterns verursacht werden, falls die Umlaufbahn so liegt, dass der Planet von uns aus gesehen genau vor dem Stern vorbeizieht. Eine andere Methode ist die Radialgeschwindigkeitsmethode, bei der der Planet durch seinen Schwerkrafteinfluss am Stern zieht (beide kreisen um den gemeinsamen Schwerpunkt) und somit von der Erde aus diese periodische Bewegung eine abwechselnden Blauverschiebung und Rotverschiebung (Doppler-Effekt) des Spektrums des Sterns bewirkt. Entdeckt wurden mit diesen beiden Methoden einige auch für die Paläo-SETI interessante Sonnensysteme.

47 Ursae Majoris

In Verbindung mit der von NASA und der National Science Foundation (NSF) geförderten Planetensucher wurden bereits mehrfach Planeten entdeckt, die einen genügenden Abstand zum Zentralgestirn haben, was die Bildung erdähnlicher Planeten begünstigt. Ein Beispiel ist das Sonnensystem 47 Ursae Majoris. Es scheint dem unserem zu ähneln.

47 Ursae Majoris liegt im Sternbild des Großen Bären und ist 51 Lichtjahre von der Erde entfernt. Der Planet im System 47 Ursae Majoris hat etwa drei Viertel der Masse des Jupiters und befindet sich auf einer fast kreisrunden Bahn, die in unserem Sonnensystem zwischen Mars und Jupiter liegen würde. Früher war um 47 Ursae Majoris bereits ein Planet mit zweieinhalbfacher Jupitermasse entdeckt worden, der etwas weiter innen liegt, aber in unserem System ebenfalls noch außerhalb der Marsbahn liegen würde.

Planetensystem um Wega

Mit einer speziellen Kamera wurden um den Stern Wega ebenfalls Unregelmäßigkeiten beobachtet, die auf die Existenz von Planeten hindeutete. Wega besitzt ein Planetensystem, das unserem eigenen ähnelt wie keines der bisher entdeckten.

Wega ist 25 Lichtjahre von der Erde entfernt und der dritthellste Stern am nördlichen Nachthimmel. Gemeinsam mit Deneb und Altair bildet er das Sommerdreieck und ist mit dem bloßen Auge gut zu sehen. Wega ist dreimal größer als die Sonne und scheint 58 mal heller.

Planeten selbst können die Astronomen zwar nicht direkt beobachten, doch sie entdeckten Klumpen in der Scheibe, die auf deren Anwesenheit deuten. Die beobachtete unregelmäßige Struktur der Scheibe lässt sich am besten durch das Vorhandensein eines Neptun ähnlichen Planeten erklären. Dieser umkreist den Stern auf einem Orbit, der dem des Neptuns in unserem Sonnensystem gleicht. Die weite Bahn dieses Planeten legt nahe, dass innerhalb seines Umlaufs viel Platz für kleinere, felsige, erdähnliche Planten ist.

Das Planeten-Modell lässt vermuten, dass der Neptun ähnliche Planet sich weit näher am Zentralstern als seine derzeitige Position gebildet hat. Innerhalb von 56 Millionen Jahren bewegte er sich dann immer weiter nach außen und hinterließ dabei viele Kometen, welche die Gas- und Staubscheibe heute so klumpig erscheinen lassen. Ein solcher Prozess fand auch in unserem Sonnensystem statt, als Neptun sich aufgrund von Gravitationseffekten Jupiters von der Sonne wegbewegte. Das Wega-System könnte demnach auch einen Jupiter ähnlichen Planeten besitzen.

Das Planetensystem Formalhaut

Ein weiteres Sonnensystem, das dem unseren ebenfalls ähneln könnte, ist das Fomalhaut-System. Dieser Stern ist einer der hellsten Sterne am Himmel. Um ihn kreist vermutlich ein Saturn großer Planet.

Beobachtungen zufolge ist die im Sternbild "Südlicher Fisch" liegende Sonne von einem riesigen verbogenen Gürtel aus Staub umgeben. Die wahrscheinlichste Erklärung für diese Verbiegung ist, dass sich ein Planet von der Masse Saturns innerhalb dieses Gürtels befindet und ihn mit seiner Gravitation beeinflusst. Der Planet umkreist Fomalhaut in relativ weiter Entfernung, in einem Orbit, der mindestens dem von Uranus oder Neptun entspricht. Der Stern ist mit einem Alter von 200 Millionen Jahren verglichen mit unserer 4,5 Milliarden Jahre alten Sonne noch sehr jung. Es gibt also verschiedene Hinweise dafür, dass Sonnensysteme existieren, die unserem ähnlich oder sogar noch größer sind.

Auch kleine Sterne haben Planeten

Im Jahr 2006 haben französische und Schweizer Astronomen der Europäischen Südsternwarte (ESO) einen Planeten um den Stern GI581 entdeckt. Dabei handelt es sich um einen sogenannten Roten Zwerg. Mit einer Entfernung von 20,5 Lichtjahren ist es wieder eine Planetenentdeckung in unmittelbarer Nachbarschaft unserer Sonne. Da GI581 nur ein Drittel der Masse unserer Sonne besitzt, könnte die Entdeckung bedeuten, dass Planeten außerhalb unseres Sonnensystems auch häufiger im Umfeld kleinerer Sterne zu finden sind. Demnach erhöht sich auch die potenzielle Anzahl von Exoplaneten in den Weiten des Kosmos.

Leben bevorzugt Sonnensysteme mit Riesenplaneten

Eine wichtige Komponente bei der Frage nach extrasolaren Sternensystemen ist die Frage, ob sich kleine Planeten, auf denen erdähnliches Leben möglich wäre, in besonderem Maße mithilfe der großen Gasplaneten bilden können. Ohne den riesigen Jupiter gäbe es auf der Erde wahrscheinlich weder Wasser noch Leben. Viele Forscher gehen von der Überlegung aus, dass Riesenplaneten wahrscheinlich eine entscheidende Rolle dabei spielen, kleinere erdähnliche Planeten mit Wasser zu versorgen, der Grundvoraussetzung für die Entstehung von Leben.

Vieles spricht dafür, dass das Wasser in den Weltmeeren der Erde nicht von Kometen stammt, wie lange angenommen wurde, sondern dass das lebenswichtige Element von Asteroiden aus dem Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter stammt.

Die Gravitation von Jupiter sorgt dafür, dass immer wieder Asteroiden aus diesem Trümmerfeld ins innere Sonnensystem geschleudert werden. Diese Irrläufer können teilweise größer als der Mars sein. Als das Sonnensystem entstand, gab es im Asteroidengürtel sehr viel mehr Material als heute. Für das Ausdünnen des Asteroidengürtels war mit großer Wahrscheinlichkeit Jupiter verantwortlich.

Es gilt heute als gesichert, dass die Erde mehrfach mit solchen Irrläufern kollidierte, als sie erst etwa die Hälfte ihrer heutigen Größe erreicht hatte. Dabei nahm sie deren Wasser auf. Als gesichertes Denkmodell gilt die Hypothese, dass bei einem dieser Zusammenstöße auch der Mond entstand.

Auch in anderen Sonnensystemen könnten riesige Gasplaneten die entscheidende Rolle für die Entstehung von Leben spielen. In einem Sonnensystem mit wasserreichen Asteroiden, aber ohne Riesenplaneten, können sich möglicherweise keine bewohnbaren Welten mit Ozeanen entwickeln, weil zusätzlich die Lage der Riesenplaneten eine entscheidende Rolle spielt: Liegen sie zu nah an ihrer Sonne, können zwar weiter innen noch erdähnliche Planeten auf stabilen Bahnen existieren. Die wasserreichen Asteroiden würden aber wahrscheinlich eher in die äußeren Regionen des Sonnensystems katapultiert. Liegt der Gasplanet zu weit außen, kommen die Asteroiden nicht bis zu der Zone, innerhalb derer Leben möglich ist.

Vor der Entdeckung des Jupiter-ähnlichen Planeten bei 47 Ursae Maioris haben die Astronomen bei ihrer Suche nach extrasolaren Planeten bislang nur Riesenplaneten aufgespürt, die sehr nah an ihren Heimatsonnen liegen. Diese Himmelskörper wurden dann auch als „Heiße Jupiter“ bezeichnet. Nach Berechnungen müssten auf jeden nahe bei einer Sonne gelegenen Riesenplaneten zwei bis drei weiter entfernte Gasplaneten kommen.

Erdähnliche Planeten auch in Sonnensystemen mit mehreren Sternen

Ein weiteres Indiz bei der Suche nach Planeten außerhalb unseres Sonnensystems ist die Frage, ob nur Einzelsonnen Planetenentstehung zulassen oder auch Mehrfachsysteme wie Doppel- oder Dreifachsterne. Diese Überlegung ist bislang dramatisch verneint worden, da die Umlaufbahnen solcher Planeten zu instabil sein müssten, um auf Dauer eine gleichmäßige Umlaufbahn zu haben, geschweige denn von der Frage, ob in solchen Systemen auch erdähnliche Planeten entstehen können.

Neuere Untersuchungen haben ergeben, dass in exotischen Sonnensystemen mit mehreren Sternen oder Braunen Zwergen die Bildung erdähnlicher Planeten aber durchaus möglich ist. Das Standardmodell der Planetenentstehung in unserem Sonnensystem läßt sich auch auf solche fremdartigen Sonnensysteme übertragen, in denen sich immerhin 30 Prozent der bislang entdeckten extrasolaren Planeten befinden.

Nach dem Standardmodell wachsen die erdähnlichen oder terrestrischen Planeten in drei Phasen. Zunächst bilden sich in der Staubscheibe, die einen jungen Stern umgibt, mehrere Kilometer große Asteroiden. In einem Prozess, der als "galoppierendes Wachstum" bezeichnet wird, klumpen aus diesen Asteroiden planetare Embryos zusammen, deren Größe zwischen der der Planeten Merkur und Mars liegt.

Aus Kollisionen zwischen diesen Embryos gehen schließlich die ausgewachsenen Planeten hervor. Die Gasplaneten entstehen dieser Theorie zufolge ebenfalls aus einem Gesteinskern, der dann immer mehr Gas anzieht.

Forscher entwarfen sodann ein Computermodell, in dem die Riesenplaneten schon vor dem galoppierenden Wachstum der terrestrischen Planeten fertig sind. Das ist sogar wahrscheinlich, wenn die Gasplaneten ähnlich wie der zentrale Stern innerhalb weniger Jahrhunderte durch Gravitationskollaps entstehen.

Die Modellrechnungen belegen, dass das galoppierende Wachstum auch auftritt, wenn die Schwerkraft der Riesenplaneten die Bahnen der Asteroiden durcheinander bringt. Ein zweiter Stern oder ein Brauner Zwerg als Partner in einem Sonnensystem hätte einen ähnlichen Einfluss und wirkt sich nicht hinderlich auf die Geburt erdähnlicher Planeten aus. Und dann folgte die erste bestätigende Entdeckung Ende des Jahres 2003.

Planeten in Doppelsternsystemen

Im Doppelsternsystem Gamma Cephei umkreist ein Planet eine der beiden recht nah beieinander liegenden Sonnen.

Damit hatten die Astronomen den ersten Planeten in einem engen Doppelsternsystem entdeckt. Dieser Planet ist 1,76 mal so schwer wie Jupiter und etwa zwei Astronomische Einheiten von seinem Stern entfernt, etwa so viel wie der Mars von der Sonne. Eine Astronomische Einheit entspricht 150 Millionen Kilometern - der Entfernung Erde-Sonne.

Der zentrale Stern ist etwa eineinhalb mal so schwer wie die Sonne. Der zweite, relativ kleine Stern von Gamma Cephei liegt bei 25 bis 30 Astronomischen Einheiten, das entspricht dem Abstand des Planeten Uranus von der Sonne. Der Planet machte sich durch Variationen im Sternlicht bemerkbar, die zwanzig Jahre lang regelmäßig alle zweieinhalb Jahre auftraten. Die Forscher dachten zunächst, dass physikalische Prozesse in den beiden Sternen für die Veränderung verantwortlich wären, doch dafür wiederholte sie sich zu regelmäßig. Die einzige logische Erklärung, die noch bleibt, ist, dass es sich um einen Planeten handelt.

Erdähnliche Planeten

Die dargelegten Fakten bedeuten, dass Planeten im Weltall keine Mangelware sind. Mehr noch: Überall dort, wo Riesenplaneten in einem „gesicherten“ Abstand zu ihrem Zentralgestirn ihre Bahn ziehen oder Mehrfachsternsysteme als gewaltige Leuchtfeuer im All die Großartigkeit des Universums repräsentieren, besteht die Möglichkeit der Entstehung von erdähnlichen Planeten. Planeten, die womöglich sogar eine Atmosphäre ausprägen und letztendlich Leben hervorbringen können.

Die moderne Astronomie zeigt es uns unmissverständlich: Es gibt Sonnensysteme im All, es gibt Planeten in Hülle und Fülle. Noch stehen wir bei dieser Forschung in den Kinderschuhen, aber dank neuen Technologien werden uns bald auch die „inneren“ Planeten eines anderen Sonnensystems ein Stelldichein geben. In Hinsicht auf die Paläo-SETI-Hypothese und den postulierten Kontakt mit außerirdischen Besuchern in grauer Vorzeit eröffnen sich faszinierende Möglichkeiten. Möglicherwiese bietet sich eine ganz andere Ausgangsbasis für die Diskussionen über einen solchen Paläo-Kontakt, wenn man auf dem ein oder anderen dieser Planeten Zeichen einer intelligenten, menschenähnlichen Zivilisation nachweisen kann.

Literatur:

• Benest D., 1993: Stable planetary orbits around one component in nearby binary stars. II Celestial Mechanics, 56, 45
  

• Eggenberger, A., Udry, S., Mayor, M. (2003): Planets in Binaries. ASP Conference Series
  

• Heppenheimer, T. A. (1978): On the Formation of Planets in Binary Star Systems. Astronomy and Astrophysics 65: 421 – 426
  

• Roth, Roland: Vergangene Zukunft, Artikel in New Scientific Times, 1996 · Roth, Roland: Die Existenz des Unglaublichen – Die Herkunft des Menschen, Rätselhafte Begebenheiten, Phantastischer Kosmos, 2006
  

• Schneider. Reto U.: Planetenjäger, Die aufregende Entdeckung fremder Welten, 1997
  

• Schultz, Ludof: Planetologie, 1993
  

• Younger, James/ McNab, David: Die Planeten, 1999
  

* Parsec: Astronomisches Maß für die Entfernung von Fixsternen und Sternensystemen. Ein Parsec = 3,26 Lichtjahre = 3,08 Trillionen km.

Links

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