10. Oktober 2019
Physik-Nobelpreis an die Schweizer Entdecker von Exoplaneten Mayor und Queloz

Die Su­che nach ex­tra­so­la­ren Pla­ne­ten geht wei­ter

Von den Nobelpreisträgern Mayor und Queloz entdeckter Exoplanet Dimidium
Von den No­bel­preis­trä­gern Ma­yor und Que­loz ent­deck­ter Exo­pla­net Dimi­di­um
Bild 1/4, Credit: ESO/M. Kornmesser/N. Risinger (skysurvey.org)

Von den Nobelpreisträgern Mayor und Queloz entdeckter Exoplanet Dimidium

Die­se künst­le­ri­sche Dar­stel­lung zeigt den ex­tra­so­la­ren Pla­ne­ten 51 Pe­ga­si b, der 1995 von den Schwei­zer Astro­no­men Di­dier Que­loz und Mi­chel Ma­yor in et­wa 50 Licht­jah­ren Ent­fer­nung vom Son­nen­sys­tem ent­deckt wur­de. Für die­se Ent­de­ckung wur­den die bei­den Gen­fer Wis­sen­schaft­ler mit dem No­bel­preis für Phy­sik 2019 aus­ge­zeich­net. Den Na­men Dimi­di­um er­hielt der ers­te an ei­nem son­nen­ähn­li­chen Stern ent­deck­te ex­tra­so­la­re Pla­net durch ei­nen Na­mens­wett­be­werb der In­ter­na­tio­na­len Astro­no­mi­schen Uni­on (IAU). Das Wort be­deu­tet "die Hälf­te" und soll dar­auf hin­wei­sen, dass der Pla­net et­wa die Hälf­te der Mas­se des Pla­ne­ten Ju­pi­ter hat. Dimi­di­um um­kreist sei­nen Stern Hel­ve­ti­os (51 Pe­ga­si) im Stern­bild Pe­ga­sus, dem "Flie­gen­den Pferd" am nörd­li­chen Ster­nen­him­mel – und zwar in nur 4,2 Ta­gen und auf ei­ner sehr en­gen Um­lauf­bahn von nur acht Mil­lio­nen Ki­lo­me­tern. Dies heizt sei­ne Gas­hül­le auf fast ein­tau­send Grad Cel­si­us auf, wes­halb der Exo­pla­net auch der Klas­se der "hei­ßen Ju­pi­ter" zu­ge­rech­net wird.
CoRoT-7b – der erste Gesteinsplanet
Co­RoT-7b – der ers­te Ge­steins­pla­net
Bild 2/4, Credit: ESO/L. Calçada

CoRoT-7b – der erste Gesteinsplanet

Der ers­te Exo­pla­net - 51 Pe­ga­si b bzw. Dimi­di­um  - wur­de 1995 mit ei­nem Te­le­skop des Ob­ser­va­to­ri­ums Hau­te-Pro­vence ent­deckt. Die Su­che nach Exo­plan­ten vom Welt­all aus be­gann mit dem fran­zö­si­schen Welt­raum­te­le­skop Co­RoT. Co­RoT ent­deck­te 2009 ei­nen Exo­pla­net, des­sen Ra­di­us und Mas­se ge­nau be­stimmt wer­den konn­te, Co­RoT-7b ist da­mit der ers­te wirk­li­che Ge­steins­pla­net (in die­ser künst­le­ri­schen Dar­stel­lung im Vor­der­grund). Ne­ben den bei­den de­si­gnier­ten No­bel­preis­trä­gern wa­ren da­mals auch Wis­sen­schaft­ler des Deut­schen Zen­trums für Luft- und Raum­fahrt (DLR) an die­ser wich­ti­gen Ent­de­ckung be­tei­ligt.
Das Weltraumteleskop CHEOPS – Start im Dezember 2019
Das Welt­raum­te­le­skop CHE­OPS – Start im De­zem­ber 2019
Bild 3/4, Credit: ESA/ATG Medialab

Das Weltraumteleskop CHEOPS – Start im Dezember 2019

Die Missi­on CHE­OPS (Cha­rac­te­ri­sing Exo­pla­net Sa­tel­li­te) der Eu­ro­päi­schen Welt­rau­m­or­ga­ni­sa­ti­on ESA wird am 17. De­zem­ber 2019 star­ten und dann vor al­lem be­reits ent­deck­te Exo­pla­ne­ten­sys­te­me mit hoch­ge­nau­er Pho­to­me­trie nach wei­te­ren Pla­ne­ten durch­su­chen und den Ra­di­us der Pla­ne­ten sehr ge­nau be­stim­men.
Die ESA-Mission PLATO wird ab 2026 nach erdähnlichen Exoplaneten suchen
Die ESA-Missi­on PLA­TO wird ab 2026 nach erd­ähn­li­chen Exo­pla­ne­ten su­chen
Bild 4/4, Credit: OHB Systems AG

Die ESA-Mission PLATO wird ab 2026 nach erdähnlichen Exoplaneten suchen

Mit der großen ESA-Missi­on PLA­TO (Pla­ne­ta­ry Tran­sits and Os­cil­la­ti­ons of Stars) wird ab 2026 ein neu­es Ka­pi­tel bei der Su­che nach ex­tra­so­la­ren Pla­ne­ten auf­ge­schla­gen. Die wis­sen­schaft­li­che Nutz­last des Welt­raum­te­le­skops wird von ei­nem in­ter­na­tio­na­len Kon­sor­ti­um ver­ant­wor­tet, das von Prof. Hei­ke Rau­er vom DLR-In­sti­tut für Pla­ne­ten­for­schung ge­lei­tet wird. PLA­TO be­steht aus 26 ein­zel­nen Ka­me­ras und wird als ers­tes In­stru­ment in der La­ge sein, Pla­ne­ten der Grö­ße der Er­de in der 'ha­bi­ta­blen', le­bens­freund­li­chen Zo­ne von son­nen­ähn­li­chen Ster­nen zu fin­den.
  • Ihre Entdeckung des Exoplaneten 51 Pegasi b im Jahr 1995 veränderte die Astronomie
  • Suche nach Exoplaneten auch im DLR von immer größerer Bedeutung
  • Die beiden ESA-Missionen CHEOPS (2019) und PLATO (2026) werden vor allem nach erdähnlichen Exoplaneten suchen
  • Schwerpunkte: Astronomie, Exploration, Exoplanetensuche, Suche nach Leben im All

Der wissenschaftliche Nachweis des ersten Exoplaneten vor fast 25 Jahren veränderte unsere Sicht auf die Entstehung und Entwicklung des Weltalls und stellte die Einzigartigkeit unseres Sonnensystems infrage. Mit neuen Methoden und Instrumenten der ESA-Missionen wie CHEOPS und PLATO begeben sich heute Wissenschaftler, auch vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), noch weiter hinaus – auf der Suche nach einer zweiten Erde.

Der diesjährige Physik-Nobelpreis wird je zur Hälfte an den kanadischen Kosmologen James Peebles von der Princeton University für Arbeiten über die Strukturbildung im frühen Universum, so wie an die beiden Genfer Astronomen Michel Mayor und Didier Queloz für die Entdeckung des ersten Exoplaneten um einen sonnenähnlichen Stern vergeben. Die Publikation "A Jupiter-mass companion to a solar-type star" (Nature, Band 378), mit der die Entdeckung eines Planeten um einen sonnenähnlichen Stern bestätigt wurde, erschien 1995, die Beobachtungen liegen also etwa 25 Jahre zurück. Sie waren die Initialzündung für ein neues, schnell expandierendes Forschungsfeld: die Suche nach extrasolaren Planeten oder "Exoplaneten". Das DLR ist seit den Anfängen der Exoplanetensuche vor allem mit Weltraumteleskopen auf diesem Forschungsgebiet tätig. Die Wissenschaftler des DLR gratulieren den Kollegen Michel Mayor und Didier Queloz herzlich, die am 10. Dezember 2019, dem Todestag des Preisstifters Alfred Nobel, in Stockholm die berühmte, von einem Künstler individuell angefertigte Nobelpreisurkunde aus der Hand des schwedischen Königs Carl XVI. Gustav erhalten werden.

Die Entdeckung der beiden Schweizer Astronomen basiert auf Messungen mit einem Spektrografen an dem 193cm-Teleskop des östlich von Avignon gelegenen Observatoriums Haute-Provence. Die Zahl der entdeckten Planeten stieg nach 1995 stetig an, sodass der Wunsch der Wissenschaftler nach einer systematischen Exoplanetensuche mit Weltraumteleskopen, deren Untersuchungen nicht durch die Erdatmosphäre beeinträchtigt sind, immer stärker wurde. Im Jahr 2000 – damals kannte man erst etwa 50 Exoplaneten – fiel beispielsweise die positive Entscheidung für die Mission CoRoT, einem französischen Satellitenprojekt unter Beteiligung der ESA, an dem auch das DLR mitwirkte. Mit diesem Weltraumteleskop wurde 2009 der Exoplanet CoRoT-7b entdeckt, der erste wirkliche Gesteinsplanet außerhalb unserer Sonnensystems. Zuvor hatte man überwiegend so genannte 'heiße Jupiter' entdeckt, also Planeten mit mehr als hunderttausend Kilometer Durchmesser. Diese Planeten ähneln Jupiter, dem größten Planeten des Sonnensystems, umkreisen ihren Stern aber sehr eng und erfahren entsprechend hohe Temperaturen. Bei der Entdeckung von CoRoT-7b waren in der Autorenliste auch Wissenschaftler des DLR zusammen mit Mayor und Queloz vertreten.

Die Entdeckung von 51 Pegasi b veränderte die Astronomie

Die sensationelle Entdeckung eines Planeten um einen 60 Lichtjahre entfernten Stern im Sternbild Pegasus – er erhielt den Namen 51 Pegasi b – bestätigte sowohl die allgemeinen Überlegungen der Philosophen seit der Antike wie auch die naturwissenschaftlichen Abschätzungen der Neuzeit: Auch außerhalb unseres Sonnensystems können sich andere, ähnliche Welten geformt haben. Damit konnte 1995 von den beiden Nobelpreisträgern die Existenzfrage nach Planeten jenseits des Sonnensystems mit einem klaren "Ja" beantwortet werden. Zugleich aber ergaben sich viele neue spannende Fragen durch die immer häufiger Exoplaneten-Entdeckungen. Die bis heute etwa 4.000 entdeckten Planeten entscheiden sich stark voneinander. Sie haben exotische Eigenschaften, zum Beispiel extrem schnelle Umläufe und stellen damit die Frage nach den allgemeinen Gesetzmäßigkeiten der Planetenentstehung und Planetenentwicklung. Eine andere grundsätzliche Frage ist die nach der Einzigartigkeit unseres Sonnensystems und unseres Planeten Erde, dem einzigen Himmelskörper, von dem wir wissen, dass er Leben beherbergt.

Mit CHEOPS und PLATO auf der Suche nach erdähnlichen Exoplaneten

Zwei ESA-Missionen, bei denen das DLR beteiligt ist, werden die Astronomie hier vermutlich entscheidend weiterbringen. Am 17. Dezember diesen Jahres startet CHEOPS (Characterising Exoplanet Satellite), eine Kleinsatellitenmission unter Schweizer Führung, die bereits entdeckte Exoplaneten (beispielsweise durch das Teleskopsystem NGTS in Chile oder das NASA/ESA-Weltraumteleskop Kepler) genauer charakterisieren soll, sowie nach weiteren Planeten in bereits bekannten Exoplanetensystemen suchen wird.

2026 startet dann die Mission PLATO (Planetary Transits and Oscillations of stars). Das wissenschaftliche Instrument wird von einem internationalen Konsortium verantwortet, das unter der Leitung von Prof. Heike Rauer vom DLR-Institut für Planetenforschung steht. Damit wird ein neues Kapitel in der Exoplanetenforschung aufgeschlagen, weil das PLATO-Weltraumteleskop mit seinen 26 Einzeloptiken und Kameras als erstes Instrument in der Lage sein wird, erdgroße Planeten in der 'habitablen', lebensfreundlichen Zone von sonnenähnlichen Sternen zu finden, in der Wasser stabil ist. Die gesamte Mission umfasst neben den Entdeckungen mit der Transitmethode vom Weltraum aus auch nachfolgende Messungen mit anderen Teleskopen. So wird ein umfangreicher Katalog mit den genauen Angaben von Radius, Masse und Alter der Planeten und ihrer Zentralsterne entstehen.

Unter diesen zukünftigen Entdeckungen könnten dann auch Gesteinsplaneten mit einer Atmosphäre sein, die man mit spektroskopischen Transitmessungen (Messungen des Lichtabfalls, während der Planet vor seinem Stern vorüberzieht) nach ihrem Aufbau und ihren Bestandteilen untersuchen kann.  Dies wird die Hauptaufgabe für ARIEL sein, der nächsten Exoplanetenmission der ESA, deren Start 2028 geplant ist.

Die Vergabe des Nobelpreises für Physik an die Astronomen Mayor und Queloz zeigt: Die Entdeckung des ersten Exoplaneten um einen sonnenähnlichen Stern vor einem Vierteljahrhundert hat unser Weltbild verändert und unsere Position im Weltall weiter relativiert. Die wissenschaftlichen und technischen Entwicklungen und Möglichkeiten wie die der PLATO-Mission werden uns in naher Zukunft den tieferen Einblick in unsere planetare Herkunft und Entwicklung ermöglichen. Am – vorläufigen – Ende dieser Forschung steht auch die mögliche Beantwortung der Frage, ob einer der Exoplaneten in der Milchstraße oder in einer anderen Galaxie zunächst die Voraussetzungen für Leben hat und schließlich die noch viel grundsätzlichere Frage, ob es dort tatsächlich Leben gab oder noch heute gibt.

Kontakt
  • Ulrich Köhler
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
    In­sti­tut für Pla­ne­ten­for­schung
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  • Melanie-Konstanze Wiese
    Kom­mu­ni­ka­ti­on Ber­lin, Neu­stre­litz, Dres­den, Je­na, Cott­bus/Zit­tau
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)

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