Immer häufiger macht die Entdeckung von Exoplaneten Schlagzeilen. Astronomen spüren Planeten auf, die weit von unserem Sonnensystem entfernt sind. Auf manchen von ihnen soll sogar Leben möglich sein. Doch wie untersuchen Wissenschaftler solche Himmelskörper über die unvorstellbaren Entfernungen?

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Erst seit 1995 wissen wir sicher, dass auch außerhalb unseres Sonnensystems Planeten existieren. Die Entdeckung von 51 Pegasi b durch die Astronomen Michel Mayor und Didier Queloz von der Universität Genf gilt als der erste bestätigte Nachweis eines Exoplaneten.

In der Folge wurden in den 1990ern pro Jahr nur einzelne solcher Himmelskörper gefunden, in den 2010er Jahren geht die Zahl der jährlichen Neuentdeckungen schon in die Hunderte.

Wie werden Exoplaneten entdeckt?

So wie Erde, Mars und Venus um unsere Sonne kreisen, drehen Exoplaneten ihre Runden um andere Sterne. Daraus ergeben sich grundsätzlich zwei Methoden, um einen weit entfernten Planeten auszumachen.

Wenn sich der Planet von der Erde aus gesehen vor seinem Stern befindet, wird das Licht, das die Erde erreicht, minimal abgedunkelt. "Das sind Verdunklungen von 0,01 bis 0,001 Prozent des Sternenlichts", sagt der Planetengeologe Ulrich Köhler vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Wenn der Planet bei seiner kreisenden Bewegung hinter dem Stern verschwindet, wird das Licht wieder minimal heller.

Inzwischen gibt es Teleskope, die so leistungsfähig sind, um diese Veränderungen zu messen. Wenn diese Lichtschwankungen periodisch verlaufen, kann man davon ausgehen, dass der Stern von einem anderen Himmelskörper umkreist wird.

Die zweite Methode macht sich die Tatsache zunutze, dass Himmelskörper eine Anziehungskraft aufeinander ausüben. "Das ist bei unserem Sonnensystem auch so, dass die nahe an der Sonne gelegenen Planeten wie Venus und Mars den Schwerpunkt der Sonne ein wenig hin und her ziehen", sagt Köhler.

Wenn also der Planet von der Erde aus gesehen hinter seinem Stern steht, entfernt sich dieser minimal von der Erde. Wenn er sich aus unserer Perspektive vor dem Stern befindet, rückt dieser minimal näher an die Erde heran. Das wiederum auf der Erde als eine Schwankung der Lichtfrequenz messbar.

Licht verrät viel über einen Planeten

Durch die Kombination der beiden Messmethoden können Wissenschaftler viele Eigenschaften eines Exoplaneten ableiten. Mit den Daten lässt sich errechnen, wie nah seine Umlaufbahn am Stern ist, wie lange der Planet für eine Umrundung braucht, welche Masse und welche Größe er hat.

Aus der Masse und der Größe lässt sich die Dichte ableiten. Diese ermöglicht die Feststellung der Beschaffenheit eines Planeten: ob es sich um einen Gesteinsplaneten handelt, der relativ klein und schwer ist, oder um einen Gasplaneten, der im Verhältnis zu seiner relativ geringen Masse sehr groß ist.

Wann ist Leben möglich?

Wenn Leben überall im Weltall so funktioniert wie auf der Erde, dann ist eine der Bedingungen dafür flüssiges Wasser. In Abhängigkeit davon, wie viel Energie ein Stern ausstrahlt, gibt es einen bestimmten Abstand, in dem Wasser in flüssiger und gasförmiger Form vorhanden sein kann. Dieser Bereich wird habitable Zone genannt. Wenn sich ein Planet in dieser Zone um seinen Stern befindet, ist es theoretisch möglich, dass darauf Leben entstehen könnte.

Um nachzuweisen, ob tatsächlich Leben auf einem Exoplaneten existiert, untersuchen Wissenschaftler dessen Atmosphäre. Dass die Erdatmosphäre Stickstoff und Sauerstoff enthält, ist auf biologische Prozesse zurückzuführen. Venus und Mars haben dagegen eine Atmosphäre, die aus Kohlendioxid besteht.

Ob ein Planet eine Atmosphäre hat und woraus diese besteht, verrät ebenfalls das Licht, das auf der Erde von Hochleistungsteleskopen eingefangen wird. Auf eine Atmosphäre lässt schließen, wenn der Rand des Planeten das Sternenlicht anders verdunkelt als sein Kern. Die chemische Beschaffenheit der Atmosphäre verändert ebenfalls die Werte des Lichts, das uns erreicht.

Noch keine zweite Erde in Sicht

Mehr als 4.000 Exoplaneten sind bislang bekannt. Doch bei keinem davon wurde eine Atmosphäre festgestellt, die biologische Prozesse wie Photosynthese vermuten lässt.

Doch die Suche hat im Grunde ja erst begonnen. Laut Köhler gibt es Berechnungen, denen zufolge allein in der Milchstraße Hunderte von Milliarden Planeten existieren müssen. Und es werden ständig leistungsfähigere Teleskope entwickelt, die ihre Entdeckung und Untersuchung erleichtern.

Verwendete Quellen:

  • Gespräch mit Ulrich Köhler, Planetengeologe am Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR)
  • ESA: "A brief introduction to exoplanets"
  • ESA: "Exoplanet detection methods"
  • NASA: "About Exoplanets"
  • DLR: "Gibt es Kandidaten für eine zweite Erde?"

Forscher weisen drei neue Planeten nach

Ein Team aus internationalen Astronomen hat drei neue Planeten außerhalb unseres Sonnensystems nachgewiesen. Einer davon wäre eventuell sogar bewohnbar. (Teaserbild: Chris Smith/ NASA's Goddard Space Flight Center/dpa)