Was kann man anhand direkter Fotos über einen Exoplaneten sagen?

Vor einigen Tagen wurde das erste Foto veröffentlicht, welches das neue James-Webb-Weltraumteleskop von einem Exoplaneten geschossen hat. Darauf zu sehen ist HIP 65426 b, ein riesiger Gasplanet in 363 Lichtjahren Entfernung von der Erde.

Dass eine direkte Aufnahme von einem Planeten außerhalb unseres Sonnensystems gemacht wird, ist extrem selten. Von bisher über 5.000 entdeckten Exoplaneten wurden nur 25 direkt fotografiert. Die meisten anderen kann man nur indirekt nachweisen, etwa dadurch, dass sich das Licht ihres Heimatsterns geringfügig verändert, wenn ein Planet vor ihm vorbeizieht.

Woraus die Atmosphäre besteht

Über direkte Aufnahmen sind Planetenforscher*innen jedenfalls extrem begeistert. Sie sehen darin die beste Chance, eines Tages einen erdähnlichen Planeten rund um einen sonnenähnlichen Stern zu finden. Aber wieso eigentlich? Was lässt sich anhand von direkten Aufnahmen über einen Planeten sagen?

Grundsätzlich lassen sich aus direkten Aufnahmen die Helligkeit und die Größe von Planeten ablesen, erklärt Exoplanetenforscher Luca Fossati vom Institut für Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Graz. Außerdem könne man das Licht des Planeten spektroskopisch untersuchen. Das zur Erde gelangte Licht von dem Planeten wird dabei in seine Bestandteile aufgespaltet. Die Bestandteile der Atmosphäre des Planeten hinterlassen dabei spezifische Spuren im Lichtspektrum. „Die Moleküle nehmen entweder einen Teil des Lichtes weg oder strahlen in bestimmten Wellenlängenbereichen. Diese Bereiche sind wie ein Fingerabdruck der Moleküle“, sagt Fossati.

Spuren von Leben

Bei der Spektroskopie für Planetenforscher*innen besonders interessant sind Biosignaturen, also Hinweise auf Leben in der Zusammensetzung der Atmosphäre. Sie zu finden sei aber schwierig, meint Fossati: „Es gibt viele Gase, die können Biosignaturen sein, müssen es aber nicht, etwa Sauerstoff oder Methan.“

Sauerstoff könne etwa auch durch die Aufspaltung von Wasser durch Sonnenlicht entstehen: „Der Wasserstoff ist so leicht, dass er sich verflüchtigt und auf dem Planeten bleibt eine Menge Sauerstoff übrig.“ Bestimmte Gase würden nur von Lebewesen produziert, allerdings nur in sehr geringen Mengen – wenn man von Erfahrungen auf der Erde ausgeht.

Näher an Sterne heran

Auf den bisher direkt fotografierten Exoplaneten herrschen ohnehin nicht die besten Bedingungen für Lebewesen. Die derzeitige Technologie erlaubt es lediglich, besonders große und junge Gasriesen aufzuspüren, die am besten auch noch besonders weit von ihrem Heimatstern entfernt im All ihre Kreise ziehen. Sie sind so heiß, dass sie viel Strahlung im Infrarotbereich abgeben, die von Teleskopen im All und auf der Erde eingefangen wird.

Spektroskopische Untersuchungen kann man auch bei Planeten durchführen, die vor ihren Heimatsternen vorbeifliegen (Transitmethode). Das Sternenlicht durchleuchtet dabei die Atmosphäre des Planeten, wodurch man sogar sagen kann, welche Moleküle in welchen Atmosphärenschichten vermehrt vorkommen. Direkte Aufnahmen liefern aber in anderer Hinsicht mehr Informationen. Selbst aus pixeligen Aufnahmen lassen sich etwa Aussagen über das Vorkommen von Wolken treffen.

Verbesserungen bei der direkten Fotografie lassen sich bei sogenannten Coronagraphen erzielen, erklärt Fossati. Das sind mechanische und digitale Filter, durch die das Licht der Heimatsterne ausgeblendet werden kann, um wesentlich schwächer leuchtende Planeten rundherum zu erkennen. Das James-Webb-Teleskop hat auch so etwas.

Bisher funktionieren Coronagraphen gut genug, um weit entfernte Planeten zu erkennen. In Zukunft werde man aber immer näher an Sterne heranrücken und auch kleinere Gesteinsplaneten wie die Erde fotografieren.