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Autor: Lars-C. Depka & Karl Urban / 08. September 2009, 12:19 Uhr

Die zweite Erde - ein Mond?

Erdgroße Körper dürften nicht nur um entfernte Sonnen kreisen, sondern auch um gewaltige Gasriesen. Die Entdeckung erster Exomonde ist nur noch eine Frage der Zeit.

Quelle: : UK's Science and Technology Facilities Council,STFC, Lars-C. Depka, Kipping et al.
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Es hat fast den Anschein, als wäre einigen Astronomen die Suche und das Forschen nach Exoplaneten schon ein wenig langweilig geworden, noch bevor die Frage nach der Existenz einer zweiten Erde beantwortet werden konnte. Seit der Entdeckung des ersten Planeten außerhalb des Sonnensystems sind gut 15 Jahre vergangen und bis dato nur Exoplaneten vom Vielfachen unserer Erde nachgewiesen worden. Doch rückte jüngst eine neue Suche immer mehr in den Fokus einiger Planetologen: Die Suche nach Exomonden, die ihre extrasolaren Heimatwelten umrunden.

NASA, ESA und G. Bacon, STScI

Bild vergrößernKünstlerische Ansicht eines Exoplaneten mit Gesteins-Exomond
(Bild: NASA, ESA und G. Bacon, STScI)
Und obschon sich die Monde ferner Welten um einiges kleiner und masseärmer als die aktuell erdähnlichsten der Exoplaneten nehmen, soll der Nachweis einiger derzeit noch hypothetischer Exomonde mittels althergebrachter Technik gelingen.

Grundlage der Arbeitsweise ist die Messung und Auswertung der Eigenbewegung von Sternen durch gravitative Einwirkungen der bzw. des sie umkreisenden Planeten. Man spricht in diesem Zusammenhang von der Doppler-Radialgeschwindigkeitsmethode. Zu Nutze macht man sich in diesem Fall die Tatsache, dass Planet(en) und Stern um ein gemeinsames Schwerkraftzentrum kreisen, welches zu einem hohen Prozentsatz zwar im Inneren des Zentralsterns, nicht jedoch in seinem Zentrum liegt. Vor dem Hintergrund der einwirkenden Gravitationskräfte des Planeten, steht der Stern also nicht still, sondern weist eine Bewegung auf, die ihn - bei Lage auf der Sichtlinie - relativ zur Erde auf uns zu, oder von uns weg bewegt.

Die auf diese Weise geänderte Bewegungsrichtung, sowie die damit zusammenhängenden Geschwindigkeitsänderungen des Sterns lassen sich durch hochauflösende spektroskopische Analysemethoden zuverlässig feststellen. Gegen die laufende Zeit aufgezeichnet, zeigen die Geschwindigkeitsänderungen eine typische Sinuskurve, die die Existenz eines oder mehrerer Planeten möglich erscheinen lässt. Darüber hinaus wird das Licht abhängig von der Bewegungsrichtung relativ zum Beobachter ins Rote oder Blaue verschoben. Aus der so ermittelten Blau- oder Rotverschiebung lässt sich direkt die Bewegungsgeschwindigkeit herleiten, die allerdings nicht die Geschwindigkeitskomponente senkrecht zur Sichtlinie widerspiegelt.

In Zusammenhang damit steht gleichzeitig der auch einschneidende Nachteil der Radialgeschwindigkeitsmethode. Da das Ausmaß des "Wackelns" der Sterne entscheidend vom Sichtwinkel relativ zum Beobachter abhängt, lässt sich die Planetenmasse nur näherungsweise im Rahmen gewisser Grenzen ermitteln. Schauen wir von der Erde aus gesehen exakt von "oben" auf das Exoplanetensystem, dann sehen wir den Stern überhaupt nicht wackeln. Beobachten wir das System hingegen von der Kante aus, dann messen wir den größten Effekt.

Prinzipiell soll die Doppler-Radialgeschwindigkeitsmethode nun auch dazu verhelfen, Monde in einem Exoplanet/Exomond-System dingfest zu machen. Die Mehrzahl aller bekannten Exoplanten sind Gasgiganten und Überjupiter, die (wenn es nach jüngsten Vergleichsstudien geht) durchaus von erdähnlichen Monden begleitet werden könnten.

Bislang galt die ganze Aufmerksamkeit bei Beobachtungen mittels der Radialgeschwindigkeitsmethode den Positionsveränderungen, die durch den Orbit eines Planeten um seinen Mutterstern hervorgerufen werden, was den Nachweis eines Exomonds in einem auf diese Weise differenzierten System nicht mit der gebotenen Evidenz zulässt. Schließlich könnten die festgestellten Positionsverschiebungen ursächlich auch durch andersartige Phänomene, wie beispielsweise einen weiteren (kleineren) Planeten hervorgerufen werden.

Durch Adaption und Verfeinerung der Analyseroutinen bezüglich der Planetenpositionen und ihrer Verhaltensweisen, hofft man nun, in absehbarer Zeit terrestrische Monde bis hinunter zu einer Erdmasse um extrasolare Neptune (also [Gas-]Planeten von wenigstens 20 Erdmassen), sowie ihre Abstände zum Zentralstern und Planeten, ermitteln zu können. Von den aktuell über 370 bekannten Exoplaneten befinden sich etwa 10% von ihnen innerhalb der jeweiligen habitablen Zone um ihren Zentralstern. Jedoch sind sämtliche dieser knapp 30 Planeten als Über- bzw. Jupiter einzustufen. Diese Art Gasgiganten sind nach derzeit geltender Interpretation nicht dazu geeignet, Leben (so wie wir es kennen) hervorzubringen.

Eine weitere Gelegenheit nach Nischen zu fahnden, die kohlenstoffbasiertem Leben nicht grundsätzlich abträglich gegenüberstehen, liegt also in der Suche nach erdähnlichen Gesteinsmonden um die Gasriesen. Gewissen Grund zum (spekulativen) Optimismus liefert die Tatsache, dass allein die beiden größten Planeten unseres Sonnensystems mehr als 120 bekannte Monde aufweisen, von denen einer, der Titan, über eine dichte Atmosphäre verfügt.

Eine aktuelle Veröffentlichung eines englisch-italienischen Forscherteams kommt zu dem Schluss, dass auch das im März 2009 gestartete Weltraumteleskop Kepler technisch in der Lage sein dürfte, Exomonde zu entdecken. Anders als oben beschrieben, setzt der NASA-Satellit auf die exakte Helligkeitsmessung tausender Sterne. Zieht ein Planet an seinem Gestirn vorbei, verringert sich dessen Helligkeit.

Anhand bereits bekannter, mit dieser Methode entdeckte Planeten, müssten jedoch nicht immer zur richtigen Zeit erscheinen, ihr Transit wäre durch den Einfluss kleinerer Monde gewissen Schwankungen unterworfen. Exomonde werden Transitzeiten verzögern und die Transitdauer verändern. Die Autoren sagen voraus, dass mit Kepler Exomonde bis zu einer Masse von 0,2 Erdmassen nachweisbar wären. Zuerst jedoch muss das Teleskop genügend Planeten entdecken.

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