Außerirdische Wälder und Seen in Sichtweite?

Französischer Astronom schlägt Bau eines Hyperteleskops vor, das direkten Blick auf die Oberflächen erdnaher Exoplaneten erlaubt

Antoine Labeyrie hat einen Traum - schon seit langem. Er träumt von einem Superteleskop, das in der Lage ist, Ozeane, tropische Wälder und Gebirgsketten von Planeten außerhalb unseres Sonnensystems aufzulösen und zu fotografieren – und zugleich Spuren von Leben nachzuweisen. Schon seit einigen Jahren versucht Labeyrie, seine Idee in die Tat umzusetzen. Bislang fand sein Konzept nur auf dem Reißbrett Niederschlag. Noch bastelt er an der Entwicklung eines kleinen Prototyps – noch ist der Exo Earth Imager (EEI), so der Name des angedachten Riesenobservatoriums, reine Zukunftsmusik, die sicherlich irgendwann erklingen wird. Nur wann?

Sage und schreibe 181 Exoplaneten (Stand: 7. März 2006), die sich in 147 Sonnensystemen eingenistet haben, konnten die emsigen Planetendetektive binnen elf Jahren mit ihren erdgebundenen und orbitalen Lupen ausfindig machen; 181 extrasolare Planeten, die inzwischen bestätigt und katalogisiert sind und den Sprung in den offiziellen Extra-Solar Planets Catalog von Jean Schneider geschafft haben. Dabei warten noch Dutzende andere lokalisierte Kandidaten darauf, endlich als waschechte Sterntrabanten überführt zu werden.

Bisher spürten die Exoplanetenjäger die fernen Welten größtenteils mittels der altbewährten und effektiven Radialgeschwindigkeits-Technik auf, bei der die Gravitationskraft der Planeten und das daraus resultierende taumelartige Wackeln des Zentralsterns metergenau gemessen werden. Doch auch die so genannte Transit-Technik, welche die Helligkeitsschwankungen eines Sternes misst, die von einem vorbeiziehenden Planeten verursacht wird, hat sich inzwischen als ein kaum mehr wegzudenkendes Verfahren zum Aufspüren ferner Welten etabliert.

Amateuraufnahme des 2,2 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernten Andromeda-Nebels. Wunderschön und garantiert reichlich gesegnet mit Planeten. Dennoch wird sich die Suche nach extrasolaren Planeten auf die Galaxis, sprich die Milchstraße, begrenzen müssen. Es wird noch ein Weilchen dauern, bis die Planetenjäger den ersten Planeten außerhalb der Milchstraße lokalisieren. (Bild: Robert Gendler/ESA)

Drei extrasolare Planeten haben Astronomen bislang mit einer völlig anderen Methode, dem exotischen Gravitational Microlensing-Verfahren (Gravitationslinsen-Effekt), aufgespürt. Hierbei nutzen die Planetenjäger einen natürlichen stellaren Effekt. Bewegt sich ein Stern, der sich in der Sichtlinie der Erde und einem weit entfernten Hintergrundstern befindet, an diesem vorbei, so wird das Licht des Hintergrundsterns in charakteristischer Weise durch den Gravitationslinseneffekt verstärkt. Dank solcher Phantombilder können Astronomen nicht nur hinter die kosmische Fassaden von Sternen, Galaxien und Galaxie-Clustern blicken, sondern auch extrasolare Planeten lokalisieren. Denn Exoplaneten, die nahe um den "linsenden" Stern kreisen, verändern die Lichtkurve der Lichtverstärkung dergestalt, dass sie leicht als Planet erkennbar sind.

Dennoch: Trotz modernster Technik und ungeachtet aller angewandten Tricks, haben die Planetenjäger bis heute immer noch keinen „echten“ erdähnlichen Planeten aufstöbern können. Noch sind die Messinstrumente nicht ausgereift und sensibel genug, um eine „zweite Erde“ dingfest zu machen – vor allem mit erdgebundenen Teleskopen. Weitaus besser die Situation jedoch im Orbit. Hier, wo Astronomen mit keiner störenden Atmosphäre, mit keiner lästigen Lichtverschmutzung und nervenden Wolkendecke vorlieb nehmen müssen, herrscht noch freie Sicht auf ferne Himmelskörper, sofern die im All frei schwebenden Teleskope voll funktionsfähig sind.

Zwei Weltraumobservatorien, die von der grenzenlosen Freiheit über den Wolken profitieren sollen, sind die beiden ambitionierten Projekte Terrestrial-Planet-Finder (TPF der NASA und die Darwin-Mission der ESA. Beide Interferometrie-Superteleskope können die eingefangene Strahlung dergestalt überlagern, dass die Bildschärfe einem 100 Meter großen Fernrohr entspricht. Sollte TPF wie vorgesehen 2014/15 wirklich starten (vorerst musste die NASA das Projekt aufgrund fehlender Finanzen einfrieren), dann wird das rund 1,7 Milliarden Dollar teure NASA-Teleskop-Quintett fünf Jahre lang nach erdähnlichen Planeten in bis zu 50 Lichtjahren Entfernung suchen – und zwar 100 Mal genauer als "Hubble".

So vielversprechend das NASA-Projekt Terrestrial-Planet-Finder auch anmutet – seine technische Umsetzung ist aufgrund der finanziellen Nöte der NASA noch in weiter Ferne.(Bild: NASA)

Das europäische Pendant Darwin hingegen besteht aus einer Flotte von acht Raumfahrzeugen, die am so genannten Lagrange-Punkt L 2 – 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt – operieren, jenem Punkt auf einer Erdumlaufbahn hinter dem Mond, wo sich die Gravitationskräfte die Waage halten, so dass Raumschiffe im Raum quasi still stehen. Ebenso wie TPF soll Darwin erdähnliche Planeten aufspüren und in deren Atmosphären nach chemischen Spuren von Leben suchen. Um dies effektiv umzusetzen, zerlegen die teleskopeigenen Spektrographen der beiden Observatorien das von den Planeten reflektierte Licht in seine farblichen Bestandteile. Dadurch können sie Temperatur und chemische Zusammensetzung der Exoatmosphären ermitteln.

Um die ESA-Mission Darwin ist es weitaus besser bestellt. Sie wird in der nächsten Dekade nach erdähnlichen Exoplaneten fahnden und deren Atmosphären gründlich analysieren. (Bild: ESA/ Alcatel Space Industries)

Da jedes Element einen eindeutigen chemischen Fingerabdruck besitzt, verraten sich dabei alle potentiellen Biosignaturen, die auf Leben hindeuten, wie etwa Methan oder Ozon. Fänden Darwin oder "TPF" beispielsweise einen Planeten mit besagten chemischen Verbindungen, wäre damit aber längst noch nicht geklärt, welche Lebensformen die dafür notwendigen Prozesse in Gang gesetzt haben. Was dort lebt und wie es aussehen mag, ob menschen- oder tintenfischähnlich, ob es sein Dasein als Mikrobe fristet oder selbst die Lichtsignatur unseres Heimatplaneten untersucht – dies bleibt ein zunächst einmal ein verschlossenes Buch mit sieben Siegeln. Vorerst noch – aber mit Sicherheit nicht für immer.

Geht es nach dem französischen Astronomen Antoine Labeyrie, dann könnte schon in der nächsten Dekade ein überdimensional großes Teleskop im Erdorbit treiben, welches das Auflösungsvermögen von TPF und Darwin weit überträfe und aufgrund seiner enormen Sensibilität sogar in der Lage wäre, erdnahe Exoplaneten direkt anzuvisieren und dortige Einzelheiten der Oberflächen sichtbar zu machen. „Mit einem Durchmesser von einigen Hundert Kilometern wäre dieses Hyperteleskop groß genug sein, um bei einem 10 Lichtjahre entfernten Exoplaneten ein Gebiet von der Größe des Amazona-Beckens aufzulösen“, verdeutlicht Labeyrie.

Die Suche nach erdähnlichen Planeten mit Spuren von Leben geht in der nächsten Dekade in die entscheidende Runde. (Bild: NASA/JPL-Caltech)

Auf dem Zeichenbrett Labeyries hat der Exo Earth Imager (EEI), so der vorläufige Name des geplanten Teleskops, schon anschauliche Formen angenommen. So sieht der aktuelle Entwurf des französischen Astronomen vom Observatoire de Haute-Provence in Frankreich ein Riesenfernrohr vor, das aus vielen kleinen Spiegelelementen bestehen soll; genauer gesagt: 150 Spiegelelementen mit jeweils einem Durchmesser von drei Metern. In geschlossener Formation soll der Durchmesser der Teleskop-Flotte sage und schreibe 100 Kilometer betragen und im All ein Gebiet von 8000 Quadratkilometern abdecken. Dabei wären die einzelnen Spiegel zueinander derart sorgfältig positioniert, dass sich das gesammelte Licht auf einen Brennpunkt bündelt. Die einzelnen kleinen Teleskope, welche die Erde in drei verschiedenen konzentrischen Kreisbahnen umrunden, würden dabei zu einem gigantischen Spiegel verschmelzen.

Trotz aller Begeisterung plädiert der Franzose für eine kontrollierte Vorgehensweise. “Wir versuchen zunächst einmal Bilder von erdähnlichen Planeten, die Sterne umkreisen, zu erhalten“, erklärt Labeyrie. „Auf solchen Bildern werden anfangs noch keine nennenswerten Details zu sehen sein, weshalb sich nur schwer feststellen lässt, ob der fragliche Planet die Ausbildung von Leben fördert.“

Irgendeine Galaxie von mindestens 100 Milliarden Galaxien in diesem Universum. In der Galaxie dürften erdähnliche Exoplaneten en masse vorhanden sein. Für Exo Earth Imager liegen sie gleichwohl außer jeder Reichweite. (Bild: NASA)

Labeyrie, der an der Verwirklichung seines Traumes schon seit einigen Jahrzehnten arbeitet und schon einige Probeläufe mit kleinen Prototypen am Observatory of Haute-Provence gestartet hat, stellte sein Konzept der Fachwelt erstmals 1999 in dem Science-Beitrag "Snapshots of Alien Worlds-The Future of Interferometry" detailliert vor. Inzwischen ist sich der Franzose sicher, dass sein geplantes Observatorium sogar auf einem 30 Lichtjahre entfernten Exoplaneten noch ein Stück Land von der Größe des irdischen Amazonasgebiet und selbstredend blaue Ozeane und weiße Polarkappen ablichten kann.

Aber Exo Earth Imager kann mehr noch: Wie TPF und Darwin soll die Fernrohr-Armada auch mithilfe von Spektrographen das reflektierte Licht der Exoplaneten in seine verschiedenen farblichen Bestandteile zerlegen, um auch Informationen über die chemische Zusammensetzung der hiesigen Atmosphären zu erhalten. Sollte EEI dabei auf einen erdähnlichen in einer habitablen Zone gelegenen Planeten stoßen, auf dem das Element Sauerstoff vorhanden ist, das auf der Erde als Nebenprodukt der Photosynthese entsteht, oder in dessen Atmosphäre sogar Ozon finden, wäre dies ein starkes Indiz für Leben.

Würden „ALIENS“ die Atmosphäre unseren Planeten mit einem Spektrografen untersuchen, fänden sie reichlich Sauerstoff, Ozon und Kohlendioxid. Es wäre ein klarer Hinweis auf biologisches Leben, sofern sie es als solches einstufen und erkennen. (Bild: ESA 2001/Illustration von Medialab)

Fragt sich nur, wann das ambitionierte Projekt seine Premiere, sprich sein erstes Licht im All feiern darf. Angesichts der leeren Kassen, besser gesagt der stark angespannten Haushaltslage der NASA und ESA sieht es vielmehr danach aus, als schaffe Exo Planet Imager den Sprung in die Dreidimensionalität nicht. Labeyrie, dessen Modell bis dato nur auf Skizzen annehmbare Konturen gewonnen hat, übt sich dennoch in Optimismus. „EEI ist natürlich eine sehr komplexe und kostspielige Apparatur, aber ich denke, dass sie früher oder später gebaut wird“, so der Franzose gegenüber dem Wissenschaftsmagazin New Scientist, das in seiner letzten Ausgabe vom 25. Februar 2006 (Nr. 2540, S. 40-43) über das engagierte EEI-Konzept berichtete. Auch Malcolm Fridlund von der ESTEC in Noordwijk (Niederlande), der zu den führenden Projektwissenschaftlern der DARWIN-Mission zählt, ist ebenfalls zuversichtlich, sieht aber in einem Punkt Handlungsbedarf:

Ich bin jetzt 53 Jahre alt. Wenn ich mit dem Rauchen aufhöre und einige Kilogramm Gewicht verliere, gehe ich davon aus, dass ich noch zu Lebzeiten ein Foto eines erdähnlichen Exoplaneten in Hochauflösung sehen werde.

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