CL005 - Exoplaneten und ihre Besonderheiten

Die Episode über Exoplaneten, ihre Geschichte, Entdeckungsmethoden und ihre Diversität
CL005 – Exoplaneten und ihre Besonderheiten

Die Episode über Exoplaneten, ihre Geschichte, Entdeckungsmethoden und ihre Diversität

In dieser Folge widmen wir uns dem aktuellen Thema der Exoplaneten. Teresa gibt einen kurzen geschichtlichen Überblick und erzählt dann etwas über die verschiedenen Entdeckungsmethoden. Am Ende quatschen die Beiden über verschiedene spannendende und verrückte Welten, die es da draußen gibt, nicht zu vergessen, den Exoplanet Poltergeist.

Einleitung und Begrüßung

Bei einer Tasse Tee unterhalten sich Eva und Teresa diesmal über das Thema Exoplaneten. Die letzte Folge über die Titius-Bode Reihe hat die Beiden inspiriert, sich näher mit Planeten in anderen Sternsystemen zu beschäftigen. Teresa hat bereits etwas Erfahrung mit Exoplaneten, da sie vor einem Jahr eine Vorlesung und Übung zu Exoplaneten, wo sie unter anderem über die Beobachtung von Exoplaneten, das auch Hobbyastronomen bereits machen können, lernte. Dieses Jahr besucht sie auch wieder eine Vorlesung zu Planeten und Exoplaneten. Dabei wird sie etwas über die Planetenentstehung, die Architektur und Stabilität der Planetensysteme, deren Atmosphären, Habitabilität, Beobachtungsmethoden und Instrumente, mit denen man Planeten und Exoplaneten beobachten kann, lernen.

Unser Sonnensystem

Beginnen wir bei unserem Sonnensystem. In unserem Sonnensystem gibt es acht Planeten, nämlich Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Davon sind die innersten vier Gesteinsplaneten und die äußeren vier Planeten Gasplaneten.

Was ist ein Exoplanet?

Unter einem Exoplaneten (exoplanets.nasa.gov/what-is-an-exoplanet/overv…) versteht man einen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, also Planeten, die nicht um unsere Sonne kreisen. Die Meisten kreisen um andere Sterne, aber manche irren ohne Stern im Weltraum zwischen den Sternen herum. Diese kreisen ohne Stern um das galaktische Zentrum und haben die unterschiedlichsten Namen, zum Beispiel Vagabunden oder freifliegender Planet, Einzelgänger-Planet, Waisenplanet oder Planemo (planetary mass object), oder im Englischen free-floating planet, interstellar, nomad, orphan, sunless, starless, unbound or wandering planet. Diese Planeten wurden wahrscheinlich aus dem Planetensystem in dem sie entstanden sind, herausgeschleudert oder sie waren nie an einen Stern oder Braunen Zwerg gebunden.

Kurzer geschichtlicher Exkurs zur Exoplanetenentdeckung

Im Jänner 1992 (nature.com/articles/355145a0) wurden die ersten Exoplaneten (zwei Planeten mit mindestens 3,4 und 2,8 Erdmassen) von Aleksander Wolszczan (de.wikipedia.org/wiki/Aleksander_Wolszczan) und Dale Frail (en.wikipedia.org/wiki/Dale_Frail) um einen Pulsar (youtube.com/watch?v=gjLk_72V9Bw) und weißen Zwerg (esahubble.org/wordbank/white-dwarf) im Sternbild Virgo entdeckt. Ein Pulsar ist ein kollabierter Überrest eines explodierten massiven Sterns, der die Planeten konstant mit Strahlung bombardiert, weshalb es sehr unwahrscheinlich ist, dass dort Leben entsteht. Ein weißer Zwerg ist der Überrest eines kleineren Sterns.

Im Jahr 1995 (nature.com/articles/378355a0) wurde dann der erste Exoplanet um einen Hauptreihenstern von Didier (astro.phy.cam.ac.uk/directory/prof-didier-queloz) de.wikipedia.org/wiki/Didier_Queloz und britannica.com/biography/Michel-Mayor de.wikipedia.org/wiki/Michel_Mayor gefunden. Die beiden haben dafür im Jahr 2019 auch den Nobelpreis erhalten. Der Planet, mit dem Namen 51 Pegasi b (exoplanets.nasa.gov/exoplanet-catalog/7001/51-…), hat halb so viel Masse wie Jupiter, ist damit aber noch schwerer als Saturn. Zum Vergleich, Jupiter hat 318 Erdmassen. Der Planet umkreist den Stern 51 Pegasi in einer sehr geringen Distanz von nur 0,05 Astronomischen Einheiten (AE, Abstand Sonne-Erde), was weit innerhalb der Merkurbahn liegt. Dort kann er aber nicht entstanden sein, er ist vermutlich weiter weg vom Stern geboren und ist dann nach innen migriert. Durch seine nahe Distanz zum Stern hat er eine Periode von nur 4,23 Tagen, was bedeutet, dass ein Jahr dort innerhalb von ca. 4 Tagen schon vorbei ist, weil der Planet dann einmal die Sonne umrundet hat. Wären wir also auf diesem Planeten, dann wären wir jetzt alle schon sehr alt. Diese Klasse von Planeten, also ein Gasplanet, der sich so nahe zum Stern befindet, wird Hot Jupiter (deutsch: heißer Jupiter) genannt. Dieser Fund stand im Widerspruch zur damaligen Zeit gültigen Annahme, andere Planetensysteme seien ebenso aufgebaut wie unser Sonnensystem, was bedeutet, dass sich die Gesteinsplaneten innen, in der Nähe des Sternes befinden und Gasriesen außen.

Was lernte man also aus dieser Entdeckung? Planeten entstehen nicht dort, wo wir sie entdecken, sondern migrieren. In der protoplanetaren Scheibe ist eine Distanz von 0,04 AE nicht massiv genug, um einen Jupiter großen Planeten zu formen.
Der Planet ist viel weiter draußen entstanden und ist im Entstehungsprozess nach Innen migriert. Es ist nicht möglich, dass er so nahe am Stern entstanden ist.

Kurzer Exkurs zur Benennung von Exoplaneten (exoplanets.nasa.gov/faq/20/how-do-exoplanets-g…)

Die meisten Exoplaneten haben Bezeichnungen, die oft aus langen Nummern bestehen und nur wenige haben Namen, wie die Planeten in unserem Sonnensystem. Der erste Teil des Namens verrät etwas über das Teleskop oder die Studie, die ihn entdeckt hat. Die Nummer danach ist die Reihenfolge, nach der die Sterne nach der Position katalogisiert wurden. Die Kleinbuchstaben am Ende stehen für Planet, in der Reihe, in der die Planeten eines Systems entdeckt wurden. Der erste entdeckte Exoplanet hat am Ende b (z.B. 51 Pegasi b), die darauffolgende Entdeckung wird dann c, d, e, f,… benannt. Wenn zwei Planeten gleichzeitig entdeckt werden, dann wird der Planet, der sich näher am Stern befindet mit b und der Planet, der weiter draußen ist mit c, etc bezeichnet. Somit gibt es manchmal sehr bunte Systeme mit Planeten zum Beispiel in folgender Reihenfolge: e, c, d, b oder ähnlich. Großbuchstaben am Ende einer Benennung stehen dann für den Stern, beginnend mit A, dann B oder C, je nachdem wie viele Sterne es in dem System gibt.

Bsp: Kepler-16b: Kepler ist der Name des Teleskopes, welches das System als erstes beobachtet hat, 16 ist die Reihenfolge in der der Stern katalogisiert wurde und b ist der nächste Planet zum Stern. Würde man in unserem Sonnensystem die Erde nach diesem Schema benennen, so würde sie Sonne d heißen.

Zurück zur Geschichte der Exoplaneten

Seit der ersten Entdeckung stieg die Anzal der entdeckten Exoplaneten exponentiell, vor allem mit dem Launch des Kepler (nasa.gov/mission_pages/kepler/main/index.html) Space Teleskopes (jpl.nasa.gov/missions/kepler), dessen Mission es war, Hunderte von Exoplaneten zu entdecken. Es operierte bis von 2009 bis 2018 und es wurden mehr als 2800 Exoplaneten Kandidaten identifiziert und mehr als 2600 bestätigt.

Andere Weltraummissionen, wie das Spitzer Space Teleskop (2013-2020) wurden zwar anfangs nicht für den Zweck Exoplaneten zu finden gebaut, jedoch erwiesen sich die Infrarot Instrumente als ausgezeichnete Exoplanetenentdecker. Es wurde zum Beispiel das Trappist-1 System entdeckt, welches erdähnliche Planeten beherbergt.
2018 wurde TESS (tess.mit.edu) (Transiting Exoplanet Survey Satellite) als Nachfolger von Kepler gestartet und hat weiter zur Exoplanetenentdeckung beigetragen. In Zukunft werden das JWST (jwst.nasa.gov) (James Webb Space Telescope) und das zukünftige Nancy Grace Roman Space Telescope (roman.gsfc.nasa.gov) sicher noch viele tolle Entdeckungen über Exoplaneten mit sich bringen.

Es gibt von der NASA eine tolle Timeline (exoplanets.nasa.gov/alien-worlds/historic-time…) über die Geschichte der …