Unzählige Planetensysteme mit habitablen Welten?

Wiener Astronomen untersuchten 30 der bisher gefundenen Planetensysteme - Computersimulationen ergaben, dass in mindestens 15 Systemen bewohnbare Zonen existieren könnten

Nach einer Berechnung der "Astro Dynamics Group" am Institut für Astronomie der Universität Wien könnten 50 Prozent der bislang detektierten extrasolaren Planetensysteme eine bewohnbare Zone aufweisen. 30 der bisher lokalisierten Planetensysteme haben die Wiener Forscher derweil detailliert untersucht und für etwa die Hälfte eine habitable Zone errechnet. Die Simulationen werden auch künftigen, verbesserten Beobachtungen den Blick weisen. Etwa durch den Einsatz neuer Satellitenteleskope à la COROT oder Darwin hoffen die Astronomen, in Zukunft auch kleinere Planeten finden zu können.

Die meisten der 120 lokalisierten Exoplaneten haben in etwa die Größe des Jupiters - Cassini-Aufnahme

Als am 5. Oktober 1995 Michel Mayor und Didier Queloz vom Observatorium der Universität Genf auf dem "9th Cambridge Workshop on Cool Stars, Stellar Systems and the Sun" in Florenz bekannt gaben, sie hätten bei dem Stern 51 Pegasi b den ersten Planeten außerhalb unseres Sonnensystems entdeckt, der eine noch leuchtende Sonne umkreist, entschieden die beiden Schweizer ein langjähriges Kopf-an-Kopf-Rennen für sich. Ihre beiden schärfsten Konkurrenten, die amerikanischen Planetenjäger Geoffrey Marcy von der University of California und Paul Butler von der Carnegie Institution hatten dabei das Nachsehen.

Was anfangs als reiner Dualismus begann, entwickelte sich schnell zu einem multinationalen Wettbewerb. Dass diese Konkurrenzsituation das Geschäft spürbar belebt hat, spiegelt sich vor allem in der bisherigen Ausbeute der lokalisierten und bestätigten Exoplaneten wider: 120 extrasolare Planeten, darunter 105 Planetensysteme, haben bis dato den Sprung in den offiziellen Extra-solar Planets Catalog geschafft, den Jean Schneider schon seit Jahren regelmäßig aktualisiert. Samt und sonders handelt es sich hierbei um unbewohnbare, extrem heiße und lebensfeindliche Gasriesen in der Größenklasse von Saturn und Jupiter (und teilweise noch größer), die ihren Heimatstern sehr nah oder weit entfernt in exzentrischen Umlaufbahnen umkreisen - ganz und gar jenseits der habitablen Zone.

Allesamt weisen sie dennoch eine Gemeinsamkeit auf. Keiner von ihnen wurde direkt bzw. auf rein konventionelle Weise mit optischen Teleskopen lokalisiert. Ausgemacht wurden diese nur indirekt mittels der Messung der Radialgeschwindigkeit und unter Anwendung der Transit-Technik. Bei der Radialgeschwindigkeitsmethode messen die Forscher die Gravitationskraft der Planeten und die daraus resultierende kleine Bewegung des Zentralsterns. Beginnt ein Stern zu eiern, lassen sich seine rhythmischen Verschiebungen anhand der Änderung der Radialgeschwindigkeit feststellen. Bewegt sich die ferne Sonne dabei minimal auf die Erde zu, erscheinen die Spektrallinien zum blauen Licht des optischen Spektrums verschoben, also zum kürzeren, wohingegen im umgekehrten Fall eine geringe Rotverschiebung zu sehen ist.

Weitaus zukunftsträchtiger ist dagegen die Transit-Technik. Hier "fokussiert" sich das Weltraumteleskop nicht mehr auf den gravitationsbedingten Tanz der Sterne, sondern auf Planeten, die vor ihrem jeweiligen Heimatstern vorbeiziehen. Stehen der observierte Stern und der extrasolare Planet sowie die Erde in einer Linie, also der Exoplanet gewissermaßen zwischen dem Teleskop und seiner Muttersonne, schwächt sich das von dem Zentralgestirn ausgesandte Licht geringfügig ab, aber immer noch stark genug, um den unsichtbaren Planeten "sichtbar" zu machen.

Zwar erfüllen Exoplaneten in Erdgröße, die in einer Biosphäre respektive habitablen Zone liegen, somit den richtigen Abstand zum Mutterstern haben, um auf ihrer Oberfläche (zum Teil auch im Innern) flüssiges Wasser zu besitzen, die besten Grundvoraussetzungen für die Entstehung und Existenz von Leben - so wie wir es kennen. Trotzdem ist den Planetenfischern noch keine erdähnliche fremde Welt in die Fangnetze gegangen, woran die mangelnde Sensibilität des Instrumentariums gewiss nicht unerheblichen Anteil hatte bzw. immer noch hat. So müssen sich die Planetenjäger und Exobiologen derweil mit Hochrechnungen und Computersimulationen aushelfen: Wie viele lebensfreundliche Welten "da draußen" ihr Dasein fristen, lässt sich vorerst nur auf virtuelle Weise im Computerexperiment abschätzen.

Ein Vorgeschmack von dem, was im Zuge solcher Extrapolationen an konkreten Modellen erstellt werden kann, gaben bereits vor knapp zwei Jahren die beiden britischen Astrophysiker Barrie W. Jones und Nick Sleep von der Open University, die via Computersimulation hochrechneten, dass allein in unserer Milchstraße mindestens eine Milliarde "Erden" hausen, die sogar innerhalb der für die Entwicklung von Leben so wichtigen bewohnbaren Zone liegen. Getoppt wurde dieser phantastische Wert kurz darauf von den beiden australischen Astronomen Charles Lineweaver und Daniel Grether von der University of New South Wales, die - ausgehend von der wichtigen kosmischen Staubsaugerfunktion der Gasriesen in fernen Sonnensystemen - ein Modell erstellten, das die Existenz von 30 Milliarden erdähnlichen Welten postuliert. Und jetzt könnte der Wert ein weiteres Mal getoppt werden.

Sollten die aktuellen Berechnungen der Astro Dynamics Group am Institut für Astronomie der Universität Wien stimmen, dann wäre die Prognose für habitable Welten außerhalb des Sonnensystems ungleich günstiger. Dabei extrapolierten die Wiener Astronomen - basierend auf dem Datenmaterial von 30 ausgewählten bekannten Planetensystemen - die mögliche Anzahl der habitablen Zonen in den inzwischen bekannten extrasolaren Systemen. Hierbei kristallisierte sich heraus, dass immerhin bei der Hälfte der 30 analysierten Systeme eine bewohnbare Zone existieren könnte. Hochgerechnet auf die Galaxis bestünde somit die theoretische Chance, dass sich in unzähligen Planetensysteme in der Milchstraße bewohnbare Zonen ausgebildet haben könnten.

Doch die Interpretation der Daten sollte behutsam erfolgen, mahnt Prof. Rudolf Dvorak, der mit Dr. Elke Pilat-Lohinger und fünf weiteren Teamkollegen aus Wien sowie Kollegen aus anderen Instituten (Budapest, Bordeaux, Zürich, Potsdam) die langwierigen Berechnungen u. a. auch mit dem Supercomputer HISP in Potsdam durchführen konnte.

Hier muss man sehr vorsichtig sein, denn erstens kennt man die Bahnparameter, d.h. die genauen Bahnen der bereits entdeckten Gasplaneten nicht sehr genau, und zweitens bezieht sich diese Zahl auf die von uns untersuchten Systeme, die nicht einmal 1/3 der bisher entdeckten darstellen.

Prozentrechnungen ähneln halt mehr einem Zahlenspiel. Vorsichtig geschätzt könne man aber, so Dvorak, von 10 bis 15 Prozent der bisher entdeckten Systeme annehmen, dass sich dort terrestrische Planeten in habitablen Zonen mit geeigneten Bahnen eingenistet haben. "Infolge der noch ungenauen Beobachtungsdaten müssen wir noch einige Jahre warten, bis wir genaue Daten haben, um zu behaupten, dass sich bei einem bestimmten extrasolaren Planetensystem in der Tat ein nachweisbarer terrestrischer Planet in einer habitablen Zone befindet", erläutert Dvorak.

Gegenwärtig bereitet ein Team von Wissenschaftlern der Europäischen Raumfahrtorganisation ESA die erste Satellitenmission vor, bei der aus der Erdumlaufbahn heraus gezielt nach außerirdischen Welten in fremden Sonnensystemen gefahndet werden soll. Bereits Anfang 2006 soll COROT (COnvection ROtation and planetary Transits) starten und nach der "zweiten Erde" suchen. Aufgrund der extrem genauen Teleskop-Auslegung kann das im Orbit treibende und mit hochempfindlichen Messinstrumenten ausgerüstete Observatorium - unabhängig von atmosphärischen Effekten, schlechtem Wetter und dem Wechsel von Tag und Nacht - einen ungetrübten Blick ins All werfen und dabei Planeten von nur wenigen Erdradien Größe detektieren, die sich auf relativ nahen Bahnen um ihre jeweilige Sonne bewegen. COROT könnte als erster den Coup landen, einen extrasolaren Planeten von nur wenigen Erdradien Größe zu entdecken, der sich auf einer relativ nahen Bahn um seine Sonne bewegt.

M104 - 'Sombrero-Galaxie': Wie viele habitable Welten mag es dort geben?

Die Stunde der exoplanetaren Atmosphärenforscher schlägt aber erst im Jahr 2014, wenn der Terrestrial-Planet-Finder (TPF) der NASA und kurz darauf die Darwin-Mission der ESA sich auf den Weg ins All machen. Beide auf dem Prinzip der Interferometrie basierenden Super-Teleskope können die eingefangene Strahlung dergestalt überlagern, dass die Bildschärfe fast einem 100 Meter großen Fernrohr entspricht. Zerlegen die teleskopeigenen Spektrographen das von den Planeten reflektierte Licht in seine farblichen Bestandteile, können sie Temperatur und chemische Zusammensetzung der Exoatmosphären ermitteln. 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" dort 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. (Harald Zaun)

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