Exoplaneten — Welten jenseits der Sonne
Vom ersten Wackeln um 51 Pegasi bis zu einem Planeten um unseren nächsten Sternennachbarn — ein Leitfaden zu den Welten, die wir gefunden haben, wie wir sie gefunden haben und wo man sie am eigenen Himmel suchen kann.
Inhalt
Was ist ein Exoplanet?
Ein Exoplanet — kurz für „extrasolarer Planet“ — ist ein Planet, der einen anderen Stern als die Sonne umkreist. Den größten Teil der Menschheitsgeschichte hindurch kannten wir nur acht Planeten — die Welten unseres eigenen Sonnensystems. Heute liegt die Zahl bei über 5.800 bestätigten, und sie steigt jeden Monat weiter.
Diese Zahl ist selbst eine wilde Untertreibung. Das Kepler-Weltraumteleskop der NASA — eine Planetenjagd-Mission, die von 2009 bis 2018 ein einzelnes Stück der Milchstraße fixierte und etwa 150.000 Sterne auf das periodische Verdunkeln durch transitierende Planeten hin beobachtete — lieferte genug Statistik, um zu zeigen, dass praktisch jeder Stern in der Galaxis mindestens einen Planeten beherbergt, und dass kleine Gesteinswelten häufiger sind als Gasriesen. Die Milchstraße enthält einige hundert Milliarden Sterne. Die Konsequenz: Planeten sind keine seltenen kosmischen Zufälle — sie sind die Regel.
Keine dieser Welten lässt sich in einem Amateurteleskop (oder selbst den meisten professionellen) als Scheibe sehen. Fast jeder bestätigte Exoplanet wurde indirekt entdeckt — über winzige Effekte, die er auf das Licht seines Wirtssterns hat. Die Wirtssterne selbst sind jedoch sehr wohl in Reichweite. Manche sind hell genug, um sie in einer dunklen Nacht mit bloßem Auge zu erkennen.
Eine kurze Geschichte
Jahrhundertelang war die Existenz anderer Planeten eine philosophische Frage. Die ersten bestätigten Nachweise kamen erst in den 1990er Jahren — und in einer Reihenfolge, die niemand erwartet hatte.
Die allerersten bestätigten Exoplaneten wurden um PSR B1257+12 gefunden, einen Millisekunden-Pulsar in der Jungfrau. Aleksander Wolszczan und Dale Frail maßen Zeitunregelmäßigkeiten in den Pulsen des Pulsars und zeigten, dass diese durch umlaufende Körper verursacht sein mussten. Zwei kleine Planeten wurden angekündigt; ein dritter folgte 1994. Pulsare sind Sternleichen, also waren das nicht die Welten, die irgendjemand zu finden gehofft hatte — aber sie bewiesen, dass es Planeten anderswo gibt.
Michel Mayor und Didier Queloz kündigten einen Planeten um 51 Pegasi an (heute offiziell Helvetios genannt), einen ganz gewöhnlichen G-Stern in 50 Lichtjahren Entfernung. Der Planet, 51 Pegasi b, ist eine Welt von Jupitermasse, die ihren Stern in nur 4,2 Tagen umrundet. Nichts in den Lehrbüchern hatte vorhergesagt, dass Gasriesen so dicht an ihren Sternen existieren könnten; die Entdeckung schrieb die Theorie der Planetenentstehung über Nacht neu. Mayor und Queloz teilten sich für diese Arbeit den Physik-Nobelpreis 2019.
Auf ein einziges Himmelsareal in Schwan und Leier gerichtet, vervielfachte die Kepler-Mission der NASA im Alleingang die bekannte Exoplanetenpopulation um eine Größenordnung und bewies, dass kleine, erdgroße Welten häufig sind. TESS, Keplers 2018 gestarteter All-Sky-Nachfolger, fügt seitdem stetig nahegelegene Ziele hinzu.
Die Europäische Südsternwarte kündigte Proxima Centauri b an — einen ungefähr erdmasse-schweren Planeten, der den Roten Zwerg Proxima Centauri in seiner habitablen Zone umkreist. Proxima ist der nächste Stern zur Sonne, nur 4,24 Lichtjahre entfernt. Plötzlich war der nächstgelegene bekannte Exoplanet zugleich eine potenziell gemäßigte, felsige Welt. Es ist das am gründlichsten untersuchte Exoplanetensystem, das wir haben, und das plausibelste Ziel für jede künftige interstellare Sonde.
Wie wir sie finden
Ein Planet ist millionen- oder milliardenfach lichtschwächer als sein Stern und sitzt mitten in dessen Glanz. Fünf Techniken haben fast jeden bestätigten Nachweis hervorgebracht.
Ein Planet und sein Stern umkreisen beide ihren gemeinsamen Massenmittelpunkt. Bewegt sich der Stern auf uns zu, ist sein Licht leicht blauverschoben; bewegt er sich von uns weg, leicht rotverschoben. Hochauflösende Spektrographen können diese Verschiebungen bis hinunter zu ~1 m/s messen — Schrittgeschwindigkeit. So wurde 51 Pegasi b gefunden und so wurde Proxima b bestätigt. Am besten geeignet für massereiche, sternnahe Planeten.
Liegt die Bahn eines Planeten von uns aus gesehen kantig, zieht er einmal pro Umlauf vor seinem Stern vorbei und blockiert einen winzigen Bruchteil des Lichts — typischerweise 0,01 % bis 1 %. Wiederholte, periodische Helligkeitseinbrüche verraten einen Planeten. Das ist die Standardmethode für Kepler und TESS und sie steht für die Mehrheit aller bekannten Exoplaneten. Die Geometrie muss mitspielen, daher erfasst der Transit nur einen kleinen Bruchteil der existierenden Planeten, doch die erfassten sind extrem gut charakterisiert: Wir bekommen den Radius des Planeten, und nachfolgende Radialgeschwindigkeitsmessungen liefern die Masse und damit die Dichte.
Die schwierigste Methode — den Planeten buchstäblich zu fotografieren. Sie erfordert einen jungen, hellen, selbstleuchtenden Planeten weit entfernt von seinem Stern, dazu heroische Optik (Koronographen, adaptive Optik, Sternenschirme), um den Glanz des Wirts zu unterdrücken. Der klassische Erfolg ist das Vier-Planeten-System um HR 8799, in dem alle vier Riesen aufgelöst und entlang ihrer Bahnen verfolgt wurden. Beta Pictoris b ist ein weiterer Maßstab. Die Methode liefert auch warnende Beispiele: Das berühmte Hubble-„Bild“ von Fomalhaut b (2008) erwies sich später durch Gáspár & Rieke (2020) als sich ausdehnende Staubwolke aus einer Planetesimal-Kollision — gar kein Planet. Direkte Abbildung liefert uns Spektren der Atmosphäre des Planeten selbst, die sonst extrem schwer zu erlangen sind.
Wenn ein Stern präzise vor einem anderen vorbeizieht, biegt und vergrößert seine Schwerkraft das Licht des Hintergrundsterns. Ein Planet um den Vordergrundstern fügt diesem Aufhellen einen kurzen sekundären Spike hinzu. Mikrolinsen sind empfindlich für Planeten in großen Bahnabständen und sogar für frei schwebende vagabundierende Planeten ohne Wirtsstern — eine Population, deren Anzahl mit der Zahl der Sterne mithalten dürfte.
Astrometrie misst das winzige seitliche Wackeln eines Sterns gegenüber dem Himmel — von ESAs Gaia-Mission werden auf diesem Wege Tausende von Nachweisen erwartet. Pulsar-Timing beobachtet den Takt eines Pulsar-Radiostrahls auf bahnbedingte Verzögerungen; es ist exquisit präzise, funktioniert aber nur für die seltene Handvoll Sterne, die tatsächlich Pulsare sind.
Berühmte Wirtssterne, die man beobachten kann
Die Planeten selbst sieht man nicht, aber ihre Sonnen sieht man absolut. Ein Teleskop auf einen Stern zu richten, von dem man weiß, dass er andere Welten beherbergt, ist ein kleines, leises Vergnügen, dem nichts anderes beim Beobachten gleichkommt.
Helle Wirte — mit bloßem Auge oder Fernglas
Ein orangefarbener Riese, leicht mit bloßem Auge sichtbar. Pollux b ist ein Planet der Jupiterklasse auf einer 1,6-Jahres-Bahn, 2006 per Radialgeschwindigkeit entdeckt.
Der nächste einzelne sonnenähnliche Stern, nur 11,9 Lichtjahre entfernt. Mehrere Super-Erde-Kandidaten wurden gemeldet, zwei davon möglicherweise in der habitablen Zone. Aus gutem Grund seit Langem ein Klassiker der Science-Fiction.
Ein junger K-Zwerg in 10,5 Lichtjahren Entfernung mit einem bekannten Planeten von Jupitermasse und mindestens zwei Trümmergürteln — ein System, das unserem eigenen Sonnensystem in seiner Jugend wahrscheinlich ähnelt.
1999 wurde dies der erste sonnenähnliche Stern, bei dem mehrere Planeten bestätigt wurden. Mindestens vier sind heute bekannt.
Der berühmteste Name in der Exoplaneten-Geschichte — der erste gewöhnliche Stern, bei dem je ein Planet bestätigt wurde (1995). Unter dunklem Himmel mit bloßem Auge sichtbar und von überall ein bequemes Fernglasziel.
Schwache Wirte — die Rote-Zwerg-Teleskopziele
Die meisten Planeten der Galaxis umkreisen M-Zwerge — kleine, kühle, zahlreiche rote Sterne. Einzeln sind sie lichtschwach, aber die nächstgelegenen liegen in Reichweite jedes anständigen Teleskops.
Der nächste bekannte Exoplaneten-Wirt, Punkt. Ein Roter Zwerg in 4,24 Lichtjahren Entfernung, gravitativ an das brillante Alpha Centauri AB-Paar gebunden. Proxima b (2016) hat ungefähr Erdmasse und umkreist seinen Stern in der habitablen Zone; ein zweiter Planet, Proxima c, kam 2019 hinzu. Für Alpha Cen A und B selbst gibt es eine lange Geschichte von Planeten-Behauptungen, darunter Alpha Cen Bb (2012 angekündigt, 2015 zurückgezogen) und ein unbestätigter mittelinfraroter JWST-Kandidat um Alpha Cen A (2021) — aber noch keine bestätigten Welten. Aus Mitteleuropa ein anspruchsvolles Ziel (Deklination −62°), aus südlichen Breiten ein Pflichtbeobachtung.
Ein nahegelegenes M-Zwerg-System, das in den 2000er Jahren berühmt wurde als der erste Ort, an dem Super-Erden in der habitablen Zone behauptet wurden. Mehrere seiner Planeten sind bestätigt, andere bleiben umstritten. Ein historisch bedeutendes System.
Ein Vier-Planeten-M-Zwerg-System — das erste Mehrplanetensystem, das um einen Roten Zwerg gefunden wurde, und das erste mit klaren Hinweisen auf eine Bahnresonanz zwischen seinen Riesenplaneten.
Welche Arten von Welten gibt es?
Die größte Überraschung der Exoplaneten-Ära ist, wie ungewohnt die meisten dieser Welten sind. Das Sonnensystem ist, wie sich herausstellt, keine repräsentative Stichprobe.
Gasriesen von Jupitergröße oder größer, die ihren Stern enger umkreisen als Merkur die Sonne. Oberflächentemperaturen von 1.000 bis 3.000 K. Sie sind leicht zu entdecken und waren die erste Art von Planet, die um einen sonnenähnlichen Stern gefunden wurde — 51 Pegasi b ist der Prototyp.
Die häufigsten Planetentypen in der Galaxis. Super-Erden sind Gesteinswelten mit dem 1–2-fachen Erdradius; Mini-Neptune sind etwas größer (2–4-fach) mit dicken Gashüllen. Nichts dergleichen existiert in unserem eigenen Sonnensystem — die Lücke zwischen Erde und Neptun ist eine Eigenheit des Planetensystems der Sonne, kein universelles Muster.
Welten, deren ganzes Jahr nur wenige Stunden dauert. Manche sind ihren Sternen so nah, dass die Oberfläche geschmolzenes Gestein ist und die Atmosphäre, falls überhaupt vorhanden, aus Gesteinsdampf besteht.
Frei schwebende Welten, die ohne Wirtsstern durch den interstellaren Raum treiben. Mikrolinsen-Übersichten legen nahe, dass sie ebenso zahlreich sein könnten wie die Sterne selbst — eine gewaltige, dunkle, verstreute Population.
Der Heilige Gral. Ungefähr erdgroß, ungefähr erdmasse-schwer, in der habitablen Zone eines langlebigen Sterns kreisend. Wir haben eine Handvoll plausibler Kandidaten — Proxima b, die inneren TRAPPIST-1-Welten, mehrere Tau-Ceti-Kandidaten — aber noch keinen festen Zwilling.
Die habitable Zone
Die habitable Zone ist das Band von Bahnabständen um einen Stern, in dem ein Gesteinsplanet mit der richtigen Art von Atmosphäre plausibel flüssiges Wasser an seiner Oberfläche halten könnte. Zu nah, und die Ozeane verdampfen; zu fern, und sie gefrieren.
Für die Sonne reicht die Zone etwa von innerhalb der Erdbahn bis hinter Mars. Für einen kühlen Roten Zwerg wie Proxima Centauri liegt sie viel weiter innen — bei wenigen Prozent der Entfernung Erde–Sonne. Deshalb ist Proxima b mit seiner 11-Tage-Bahn dennoch ein Kandidat für die habitable Zone: Sein Stern ist weit kühler als unserer.
„Habitable Zone“ bedeutet nur, dass flüssiges Wasser geometrisch möglich ist. Sie garantiert weder eine Atmosphäre, noch eine Magnetosphäre, noch irgendetwas in der Art eines gemäßigten Klimas. Der Mars liegt technisch innerhalb der habitablen Zone der Sonne, und doch sind wir hier. Trotzdem ist sie der richtige Ort, an dem man zu suchen beginnt, und die Zahl der bestätigten Planeten in der habitablen Zone — sichtbar oben im Exoplaneten-Katalog — ist eine der am genauesten beobachteten Zahlen des Felds.
Den Katalog erkunden
Nightbase spiegelt das vollständige NASA Exoplanet Archive: jeden bestätigten Exoplaneten, seinen Wirtsstern, seine Entdeckungsmethode, seine Bahn und seine gemessenen Eigenschaften.
Den Exoplaneten-Explorer öffnen →
Filtern Sie nach Entdeckungsmethode (Radialgeschwindigkeit, Transit, Abbildung…), nach Planetenradius oder danach, ob der Planet in der habitablen Zone seines Sterns liegt. Sortieren Sie nach Jahr, Entfernung, Periode oder Masse. Die Entdeckungs-Zeitleiste oben auf der Seite ist ein guter Ausgangspunkt — sie erzählt die Geschichte von drei Jahrzehnten an Nachweisen auf einen Blick.
