Erklärer: So finden Sie einen Exoplaneten

Erst vor zwei Jahrzehnten wurde die Entdeckung des ersten Planeten bekannt gegeben, der einen anderen sonnenähnlichen Stern umkreist, und wir traten in die „Ära der Exoplaneten“ ein. In den folgenden Jahren wurden weitere solcher Planeten gefunden. Zuerst in einem Rinnsal, dann in einer Flut.

Dieses explosive Wachstum gipfelte in einer erstaunlichen Ankündigung im Mai dieses Jahres Kepler Wissenschaftsteam. Weitere 1.284 Exoplaneten wurden dem Katalog hinzugefügt. Infolge, mehr als 3.000 andere Welten wurden nun gefunden.

Trotz dieser Erfolge ist es schwierig, Planeten zu finden. Mit wenigen Ausnahmen können wir sie nicht direkt sehen. Selbst mit den größten und leistungsstärksten Teleskopen bleiben sie im Glanz ihrer Muttersterne verloren. Stattdessen müssen Astronomen zu Detektiven werden und nach Hinweisen suchen, die die Anwesenheit unsichtbarer Welten offenbaren.

Die Zahl der bekannten Planeten um andere Sterne ist in den letzten Jahren explosionsartig gestiegen, was vor allem der erstaunlich erfolgreichen Raumsonde Kepler zu verdanken ist. NASA Ames/W Stenzel, Princeton University/T Morton

Such mir einen Planeten: Wackelnde Sterne

Die meisten der bisher gefundenen Exoplaneten wurden durch zwei Schlüsselmethoden entdeckt: entweder durch Beobachtung von Sternen, um zu sehen, ob sie wackeln, oder um zu sehen, ob sie blinken. Im ersten Jahrzehnt der Exoplaneten-Ära war die Radialgeschwindigkeitsmethode die erfolgreichste Technik.

Dabei nehmen Astronomen das Licht eines Sterns auf und zerlegen es in seine einzelnen Farben. In diesem Spektrum verlaufen dunkle Linien, die Fingerabdrücke der Atome und Moleküle, aus denen die äußere Atmosphäre des Sterns besteht. Die Orte dieser Absorptionslinien sind mit äußerster Präzision bekannt und müssen bei einer bestimmten Wellenlänge auftreten.

Wenn sich der Stern jedoch auf uns zubewegt, beobachten wir, dass die Linien leicht blauverschoben sind, und wenn er sich wegbewegt, rotverschoben. Je schneller die Bewegung, desto größer die Verschiebung. Dies gibt uns ein Werkzeug, mit dem wir Planeten finden können.

Wenn ein Stern einen Begleiter hat (sei es ein Planet, ein Brauner Zwerg oder ein Stern), umkreisen beide ihren gemeinsamen Massenschwerpunkt. Das größere Objekt folgt der kürzeren Route, das kleinere Objekt der längeren.

Ein Stern mit einem Begleiter bewegt sich also hin und her, mit einer vollen Schwingung pro Umlauf. Da Stern und Begleiter auf gegenüberliegenden Seiten ihres Massenschwerpunkts liegen, ist die Wackelperiode des Sterns die Zeit, die sein Partner benötigt, um einen Umlauf zu vollenden.

Je näher die Umlaufbahn des Begleiters ist, desto kürzer ist seine Periode und desto schneller ist das Wackeln. Je massiver der Begleiter ist, desto größer ist die Amplitude des Wackelns. Indem wir also die Bewegung eines Sterns verfolgen, können wir die Umlaufzeit und Entfernung eines Planeten bestimmen und eine Schätzung seiner Masse erhalten.

Natürlich gilt dies nicht ohne Einschränkungen. Die Oberflächen von Sternen sind turbulent, steigen und sinken wie kochendes Wasser und sind voller Flecken und Unvollkommenheiten. Diese führen zu Rauschen in den Spektren und überdecken oft die winzigen Signale eines vom Planeten verursachten Wackelns.

Und diese Wackelbewegungen sind winzig. Damit ein außerirdischer Beobachter die Erde entdecken kann, müsste er in der Lage sein, die Geschwindigkeitsänderung der Sonne um knapp 10 cm/s (0,1 m/s) im Laufe eines Jahres zu messen. Ein heißer Jupiter Im Gegensatz dazu würde es bei einem sonnenähnlichen Stern zu einem viel größeren Wackeln mit mehr als 50 m/s kommen.

Erschwerend kommt hinzu, dass je länger die Umlaufzeit ist, desto länger müssten sie beobachten, um mindestens eine vollständige Bewegung zu erfassen und sicher zu sein, dass sie einen Planeten haben. Aus diesem Grund erfordert die Radialgeschwindigkeitstechnik ein langsames Brennen, bei dem man einigen einzelnen Sternen folgt, um Schwankungen zu beobachten, deren Abschluss Jahre oder Jahrzehnte dauern kann.

Such mir einen Planeten: zwinkernde Sterne

Illustration der Transitmethode zur Entdeckung von Exoplaneten. NASA

In den letzten Jahren hat sich die Transitmethode als erfolgreichste Methode zum Auffinden von Exoplaneten durchgesetzt. Hier überwachen Astronomen sorgfältig die Helligkeit Tausender Sterne und achten auf das Augenzwinkern, das auftritt, wenn ein Planet direkt zwischen seinem Mutterstern und uns vorbeizieht.

Ein Transit findet nur dann statt, wenn die Ausrichtung der Umlaufbahn eines Planeten genau richtig ist und er bei jeder Umlaufbahn an seinem Stern vorbeizieht. Je näher der Planet an seinem Stern ist, desto wahrscheinlicher ist diese perfekte Konfiguration. Daher ist diese Technik auf die Suche nach Planeten mit kurzer Periode ausgerichtet.

Trotz dieses Defizits erwies sich die Methode mit der Entdeckung von mehr als 2.500 Planeten als äußerst produktiv.

Wie bei der Radialgeschwindigkeitsbeobachtung ermöglicht uns die Transittechnik, ein wenig über die Planeten zu erfahren, die sie enthüllt. Durch die Beobachtung mehrerer Transite können wir die Umlaufzeit eines Planeten und damit seine Entfernung von seinem Wirt bestimmen.

Indem wir den Anteil des Lichts des Wirts messen, der während eines Transits blockiert wird, können wir die physische Größe des Planeten (relativ zum Stern) bestimmen. Größere Planeten blockieren mehr Licht als kleine.

Aus diesem Grund ist die Technik auch auf die Suche nach größeren Planeten ausgerichtet – ihre Transite sind im Rauschen der Sternaktivität leichter zu erkennen.

Aus den Transiten können wir auch die Neigung der Planetenbahn zu unserer Sichtlinie bestimmen. Dies ist besonders nützlich, wenn wir die Entdeckung weiterverfolgen möchten, um auf andere Weise mehr über den Planeten zu erfahren.

Zwinkert und wackelt: 97 Prozent. Was ist mit den anderen 3 Prozent?

Des Fast 3.300 Exoplaneten sind der NASA bisher bekannt 3.170 wurden entweder mit der Radialgeschwindigkeits- oder der Transittechnik gefunden. Aber was ist mit den anderen?

Während die Radialgeschwindigkeitstechnik und die Transitmethode die Entdeckung von Exoplaneten dominiert haben, sind sie nicht die einzigen Werkzeuge, die verwendet wurden. Die anderen 3 Prozent der bekannten Planeten wurden auf verschiedene Weise gefunden, von der direkten Bildgebung bis hin zur Nutzung einer der Besonderheiten von Generelle Relativität .

Die Suche nach Planeten in der Nähe anderer Sternensysteme wird seit Jahrzehnten durchgeführt und die Ergebnisse häufen sich nun. In dieser Serie werden einige der Techniken untersucht, mit denen Astronomen diese Exoplaneten finden. In unserem nächsten Artikel werden wir weitere Methoden beschreiben, die zur Vervollständigung unseres aktuellen Exoplanetenkatalogs beigetragen haben, und die Zukunft unserer Suche nach anderen Welten diskutieren.

Jonti Horner , Senior Research Fellow des Vizekanzlers, Universität von Süd-Queensland Und Brett Addison , Postdoc-Astrophysiker, Mississippi State University .

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Die Unterhaltung . Lies das originaler Artikel .