Exoplaneten: "Wir erwarten zwei bis drei Erdzwillinge"

Der erste Planet außerhalb unseres Sonnensystems wurde 1992 bestätigt. Seither haben Wissenschaftler beinahe 4.000 solche Exoplaneten gefunden. Die meisten Entdeckungen wurden vom Weltraumteleskop Kepler gemacht, das allerdings am 15. November 2018 abgeschaltet wurde. Das heißt aber nicht, dass die Planetenentdeckungsrate jetzt zurückgehen wird, wie Luca Fossati vom Institut für Weltraumforschung der österreichischen Akademie der Wissenschaften erklärt. Derzeit ist die NASA mit ihrem TESS-Weltraumteleskop auf der Suche nach neuen Kandidaten. 2026 wird die ESA mit dem PLATO-Satelliten eine neue Exoplanetenmission starten. Die Forscher werden also auch in den kommenden Jahren viele neue Exoplaneten finden. Dabei wird es auch einige Überraschungen geben, wie Fossati erklärt. So soll PLATO vor allem nach Planeten Ausschau halten, die im Bezug auf Größe und Abstand zum Stern mit der Erde vergleichbar sind. Ob es in absehbarer Zeit möglich sein wird, verlässlich Leben auf Exoplaneten nachzuweisen, ist hingegen fraglich.

futurezone: Wie viele Exoplaneten haben wir bisher entdeckt?
Luca Fossati: Wir stehen aktuell bei über 3900.

Die meisten davon gehen auf das Konto von Kepler. Dieses Teleskop hat mittlerweile ausgedient. Wird die Entdeckungsrate jetzt zurückgehen?
Nein. Die Entdeckungen werden in Zukunft noch schneller kommen. Die nächste Generation der Planetenjägerteleskope ist mit dem NASA-Projekt TESS bereits im Einsatz. Im Gegensatz zu Kepler kann TESS einen großen Teil des Himmels gleichzeitig beobachten. Das heißt, wir werden sehr viele Exoplaneten finden. 2026 wird die ESA mit PLATO ein noch genaueres Instrument ins All schicken.

Wie hat sich unser Verständnis von Planetensystemen durch die Entdeckungen verändert?
Wir haben unter anderem gelernt, dass etwa jeder zweite Stern, den wir beobachtet haben, mindestens einen Planeten hat.

Kann sich dieser Wert noch ändern?
Es gibt Grenzen für die Erkennung von Exoplaneten mit der Transitmethode. Kepler konnte nur Planeten sehen, die nicht weiter weg von ihrem Stern sind, als der Mars von der Sonne. Es kann also viele Planeten geben, von denen wir heute noch nichts wissen. Planeten entstehen meist weiter draußen und wandern erst später nach innen. Dazu kommt, dass Planeten wie Jupiter viele Jahre für einen Orbit brauchen. Für den Nachweis eines Exoplaneten brauchen wir mindestens zwei Transits. Viele Planeten haben wir also einfach noch nicht gesehen. Wir wissen nicht, wie viele Exoplaneten es tatsächlich gibt. Es kann gut sein, dass noch mehr Sterne Planeten haben und der Schnitt ungefähr bei eins liegt.

Wie kann es sein, dass überhaupt ein Stern ohne Planet entsteht, wenn ein System üblicherweise aus einer Wolke entsteht?
Das kann leicht passieren. Sterne entstehen in Gruppen in einer Gaswolke. Wenn der Nachbar explodiert, kann er die Materie wegfegen, die zur Entstehung von Planeten notwendig ist. Zudem sind viele Orbits instabil. So können Planeten kollidieren, wegfliegen oder in ihren Stern stürzen.

Ist unser Sonnensystem typisch?
Nein. Wir haben bisher kein zweites System gefunden, das so aussieht wie unseres. Die häufigste Planetenart, die wir bisher gefunden haben, liegt von der Größe her zwischen Erde und Neptun. In unserem System gibt es einen solchen Planeten nicht. Auch die Konfiguration mit kleinen Gesteinsplaneten innen und Gasriesen außen ist außergewöhnlich.

Wo liegt die minimale Größe, die ein Exoplanet haben muss, damit wir ihn sehen können?
Es gibt eine Grenze, aber die hängt stark von der Größe des Sterns und dem Abstand des Planeten ab. Für die Transitmethode sind kleinere Planeten dann einfacher zu entdecken, wenn ihr Stern kleiner ist. In dem Ausschnitt des Himmels, den Kepler beobachtet hat, gab es aber nur wenige kleine Sterne. Deshalb haben wir auch nur wenige kleine Planeten gefunden.

Hat Kepler immer den gleichen Teil des Himmels beobachtet?
Die Kepler-Mission hat immer das gleiche Feld am Himmel beobachtet. Nach einen Defekt in der Stabilisierung wurde die Mission angepasst und umbenannt: K2 hat mit einem wandernden Fenster operiert.

Was hat Sie als Fachmann am meisten überrascht?
Dass die meisten Exoplaneten zu Kategorien gehören, die wir in unserem System nicht haben. Heiße Jupiter zum Beispiel. Wir kennen aber nur die Verhältnisse in unserem Sonnensystem. Das macht es schwierig herauszufinden, wie Planeten unter ganz anderen Bedingungen aussehen könnten.

Können andere Methoden helfen?
Wenn wir einen Planeten entdecken, versuchen wir immer seine Geschwindigkeit zu erfassen, weil wir dann die Masse und Dichte bestimmen können. Andere Methoden wie das Wackeln eines Sterns durch die Gravitation seiner Planeten oder Microlensing sind mit der Transitmethode aber nicht komplementär. Wenn wir das Wackeln eines Sterns sehen, schauen wir meist im rechten Winkel auf das System. Einen Transit können wir dann nicht beobachten. Microlensing ist immer ein glücklicher Zufall, dieselbe Beobachtung kann danach nicht mehr gemacht werden. Nur die Radialgeschwindigkeitsmethode, bei der das Ziehen eines Planeten an einem Stern dessen Licht periodisch rot und blau verschiebt, passt mit der Transitmethode zusammen.

Gibt es technisch noch Luft nach oben bei der Transitmethode?
Ich glaube für helle Sterne haben wir mit Kepler die theoretische Grenze schon fast erreicht. PLATO wird natürlich besser und komplexer sein und auch mehr als TESS können. Mit PLATO wollen wir eine zweite Erde finden. Das Instrument ist also auf kleine Gesteinsplaneten ausgelegt mit ähnlichen Umlaufzeiten wie die Erde. TESS sucht hingegen näher an den Sternen. Wenn wir eine zweite Erde finden, sollte es einfacher sein, Schlüsse zu ziehen, weil wir unseren eigenen Planeten als Vergleich haben. Wir erwarten, dass PLATO während seiner zweijährigen Mission zwei bis drei solcher Erdzwillinge finden wird.

Werden wir in der Lage sein, Leben auf Exoplaneten nachzuweisen?
Das ist die Millionen-Euro-Frage. Derzeit wird daran intensiv geforscht. Ich denke, dass wir innerhalb der nächsten zehn Jahre wissen werden, ob das möglich ist. Einige Kollegen, darunter auch ich, glauben, dass Stickstoff in Kombination mit Wasserstoff bei fehlendem CO2 ein guter Marker sein könnte. Da gibt es aber noch viel Unsicherheit. Es kann sein, dass wir schon einen belebten Planeten gefunden haben, ohne es zu bemerken.

Welche Vorteile haben die Nachfolgemissionen außer den größeren Beobachtungsausschnitten gegenüber Kepler?
Kepler hat sehr weit entfernte Sterne beobachtet. TESS und PLATO sind wichtig, weil sie auch helle Sterne ins Visier nehmen. Das erlaubt uns, die Atmosphäre der umlaufenden Planeten mit Spektralanalysen zu untersuchen.

Kürzlich wurde die mögliche Entdeckung des ersten Exoplaneten in einer anderen Galaxie publiziert. Ist das der nächste Schritt?
Das ist machbar. Die Frage ist, ob es sinnvoll ist. Durch die große Distanz sind solche Planeten nicht analysierbar. Allerdings können Exoplaneten, die in Galaxien mit anderer Metallizität entdeckt werden, Aufschlüsse über die Planetenentstehung im Allgemeinen geben.

Welchen Fragen gehen Sie derzeit nach?
Wir wollen herausfinden, wie Planeten ihre Atmosphäre verlieren. Das können wir anhand von Exoplaneten studieren. Es ist aber schwierig, junge Planeten zu finden. Die brauchen wir, weil Planeten ihre Atmosphäre oft in einem frühen Stadium verlieren. Wir behelfen uns, indem wir ältere Planeten untersuchen, die eine Masseverlustrate haben, die mit jungen Planeten vergleichbar ist.

Was sind die verrücktesten Exoplaneten, die sie im Laufe ihrer Arbeit kennengelernt haben?
Da fallen mir drei Beispiele ein. Erstens sogenannte Rogue Planets, die keinen Stern haben und in ewiger Dunkelheit durchs All ziehen. Zweitens ein Planet, der heißer ist, als viele Sonnen. An der Oberfläche herrschen Temperaturen von etwa 4000 Grad Celsius. Der dritte Kandidat ist ein Planet, der um einen Pulsar kreist. Dort herrschen unvorstellbare Bedingungen, starke Gravitation, unerbittliche Röntgenstrahlung und enorme Magnetfelder. Ein Aufenthalt dort wäre, wie wenn man ständig von mehreren Röntgengeräten gleichzeitig bestrahlt würde.

Was wünschen sie sich für ihr Forschungsfeld? Den Nachweis von Leben?
Das ist vielleicht zu hoch gegriffen. Aber wenn PLATO so funktioniert, wie wir uns das vorstellen, könnten wir eine zweite Erde finden.

Welche Rolle spielt ihre Gruppe bei PLATO?
Wir bauen den Computer, der die Daten komprimiert und verteilt. Zudem sind wir in diversen Arbeitsgruppen, die Vorarbeiten leistet, etwa die Kategorisierung von Sternen.

Gibt es für Europa bevorzugten Zugriff auf die Daten?
Ja, die Europäer werden die PLATO-Daten zuerst bekommen. 80 bis 85 Prozent werden fast sofort veröffentlicht, aber ein Teil wird reserviert für Europa und wir werden natürlich mitbestimmen, welcher Teil das sein wird.

Erwarten Sie auch für 2019 Überraschungen im Bereich Exoplaneten?
Ja. TESS wird eine Menge neuer Planeten finden, weil es den halben Himmel beobachtet. Da sind immer Überraschungen dabei.