Transitmethoden - Wie wir Planeten entdecken

0:00 Willkommen zu einer neuen Folge von Schlafreise durch das Universum, deinen Podcast zum Entspannen, Loslassen und lernen. Kennst du schon unsere anderen Podcastreihen wie Wissensreise durch die Geschichte oder Schlafreise durch das Periodensystem der Elemente? Heute nehmen wir dich mit auf eine faszinierende Reise zu einer der erfolgreichsten Methoden der modernen Astronomie. Eine Technik, die unser Verständnis des Universums revolutioniert hat und uns zeigt, dass Planeten nicht selten, sondern allgegenwärtig sind. Wir sprechen über die Transitmethode, die elegante Art, wie wir fremde Welten entdecken, indem wir auf winzige Verdunklungen von Sternen achten. Lehne dich zurück, schließe die

0:47 Augen und lass dich treiben in die Welt der Exoplanetenforschung, wo Präzision auf Geduld trifft. Und wo winzige Lichtschwankungen uns Welten offenbaren, die Lichtjahre entfernt sind. Seit Jahrtausenden blicken Menschen zu den Sternen und fragen sich, gibt es dort draußen andere Welten, kreisen um ferne, sonnen Planeten wie unsere Erde. Bis vor wenigen Jahrzehnten blieb diese Frage reine Spekulation, Wir hatten keine Möglichkeit, Planeten um andere Sterne zu entdecken.

1:22 Sie waren zu klein, zu schwach leuchtend und zu nah an ihren hellen Sternen. Der erste bestätigte Exoplanet um einen sonnenähnlichen Stern wurde 1995 entdeckt 51 Pegasi B, gefunden von 2 Schweizer Astronomen. Sie nutzten die Radialgeschwindigkeitsmethode, bei der man die winzigen Wackelbewegungen eines Sternes misst, die durch die Gravitation eines umkreisenden Planeten verursacht werden. Diese Entdeckung brachte ihnen 2019 den Nobelpreis für Physik ein.

1:58 Doch es gab noch eine andere Methode, theoretisch schon lange bekannt, aber technisch extrem anspruchsvoll. Die Transitmethode. Die Idee ist bestechend einfach, wenn ein Planet von unserer Sicht aus genau vor seinem Stern vorbeizieht, einen Transit blockiert er einen winzigen Teil des Sonnenlichts. Der Stern erscheint für kurze Zeit minimal dunkler. Wenn wir diese Verdunkelung messen können, wissen wir, dort gibt es einen Planeten, das Konzept ist uralt, bereits 1716 spekulierte der englische Astronom Egmont Halley, dass man Transitz nutzen könnte, um astronomische Distanzen zu messen, er dachte dabei an Merkur und Venustransitz vor der Sonne, nicht an Exoplaneten, aber das Prinzip war grundsätzlich dasselbe.

2:47 Die Herausforderung ist die schiere Präzision. Stell dir vor, ein etwa erdgroßer Planet zieht vor einem sonnenähnlichen Stern vorbei, die Verdunklung beträgt etwa 0,08%, das ist weniger als ein Hundertstel Prozent. Um das zu detektieren, muss man die Helligkeit eines Sternes mit extremer Genauigkeit über lange Zeiträume messen.

3:11 Und man muss sicherstellen, dass die Verdunkelung wirklich von einem Planeten stammt und nicht an stellaren Flecken, pulsierenden Sternen oder anderen Phänomenen. Die erste erfolgreiche Transitentdeckung eines Exoplaneten gelang im Jahr 2000 der Planet HD 209458 B war bereits durch Radialgeschwindigkeitsmessungen bekannt, Astronomen berechneten, wann falls die Bahnebene günstig ausgerichtet war. Ein Transit stattfinden sollte.

3:42 Sie beobachteten den Stern zur vorhergesagten Zeit und tatsächlich, die Helligkeit sank messbar, es war der erste beobachtete Transit eines Exoplaneten HD 209458 B ist ein sogenannter heißer Jupiter, ein Gasriese, der seinem Stern extrem nah ist und ihn nur in 3,5 Tagen umkreist. Die Verdunkelung während des Transits betrug etwa 1,5% deutlich mehr als bei einem erdgroßen Planeten, weil der Planet so groß ist. Dieser erste Transit zeigte die Methode, funktioniert aber, um systematisch nach Planeten zu suchen, braucht man dezidierte Teleskope.

4:22 Bodenteleskope haben Probleme, die Erdatmosphäre flackert, Wolken ziehen vorbei, Tageslicht unterbricht Beobachtung die Lösung Weltraumteleskope die. Das erste große Transit Weltraumteleskop wurde 2006 von der französischen Raumfahrtagentur gestartet. Dieses beobachtete etwa 163000 Sterne und entdeckte 32, bestätigte Exoplaneten.

4:48 Es demonstrierte, dass systematische Transitsuchen im Weltraum machbar waren, dann kam Kepler. Am 6. März 2009 startete die NASA das Kepler Weltraumteleskop, seine Mission, ein einziges Sternfeld kontinuierlich beobachten und nach Transit suchen. Kepler starrte auf eine Region im Sternbild Schwan und Leier, die etwa 150000 Sterne enthielt, 4 Jahre lang ohne Unterbrechung Kepler war ein technisches Meisterwerk. 195 cm Teleskop mit einem extrem präzisen Photometer.

5:30 Es konnte Helligkeitsschwankungen von weniger als 0,01% detektieren, alle 30 Minuten maß es die Helligkeit jedes seiner 150000 Zielsterne die Datenmengen waren gewaltig, die Ergebnisse übertrafen alle Erwartungen. Kepler entdeckte 2662, bestätigte Exoplaneten und identifizierte über 2900 weitere Kandidaten, die noch auf Bestätigung warten. Insgesamt hat Kepler Hinweise auf über 4000 mögliche Planeten geliefert, es revolutionierte unsere Sicht auf Planeten im Universum, Kepler zeigte uns, Planeten sind häufig. Statistisch hat jeder Stern mindestens einen Planeten. In unserer Galaxis mit etwa 200 bis 400 Milliarden Sternen bedeutet das, es gibt hunderte Milliarden Planeten allein in der Milchstraße.

6:30 Die Transitmethode erlaubt uns nicht nur Planeten zu entdecken, sondern auch ihre Größe zu bestimmen, die Tiefe der Verdunklung hängt direkt vom Verhältnis der Planetengröße zur Sterngröße ab, ein großer Planet blockiert mehr Licht als ein kleiner. Aus der Transittiefe können wir den Radius des Planeten berechnen, die Dauer des Transits verrät uns etwa die Umlaufbahn.

6:57 Wie lange dauert es, bis der Planet vor dem Stern vorbeigezogen ist? Das hängt von seiner Bahngeschwindigkeit und dem genauen Pfad ab, den er über die Sternscheibe nimmt, mit etwas Geometrie und den keplerischen Gesetzen können wir die Umlaufzeit und den Abstand zum Stern bestimmen. Wenn wir mehrere Transits beobachten, können wir die Periode sehr präzise messen.

7:22 Kepler Planeten wurden über Jahre beobachtet, manche zeigten Hunderte von Transits. Die Periode kann auf Sekunden genau bestimmt werden, das ist wichtig für langfristige Stabilitätsstudien und für die Suche nach weiteren Planeten im System durch Transit Timing Variationen, die Transitmethode. Hat allerdings einen geometrischen Nachteil.

7:47 Sie funktioniert nur, wenn die Bahnebene des Planeten zufällig so ausgerichtet ist, dass der Planet von der Erde aus gesehen vor seinem Stern vorbeizieht. Das ist nicht immer der Fall, statistisch gesehen Transitiert nur etwa 0,5% der Planeten in erdähnlichen Umlaufbahnen ihren Stern, von uns aus gesehen.

8:10 Bei Planeten, die sehr nah in ihren Sternkreisen, ist die Wahrscheinlichkeit höher, bis zu 10%. Das wiederum bedeutet, die meisten Planeten bleiben unsichtbar für die Transitmethode, aber wenn wir 10 Tausende von Sternen beobachten, finden wir trotzdem hunderte oder Tausende von Planeten. Es ist ein Spiel der Statistik, ein faszinierender Aspekt der Transitmethode ist die Transmissionsspektroskopie. Wenn ein Planet vor seinem Stern vorbeizieht, geht ein winziger Teil des Sternenlichts durch die Atmosphäre des Planeten. Falls er eine hat.

8:49 Verschiedene Gase in der Atmosphäre adsorbieren spezifische Wellenlängen, wenn wir das Spektrum des Sternenlichts während des Transits analysieren, können wir die chemische Zusammensetzung der Planetenatmosphäre bestimmen. Das Hubble Weltraumteleskop hat diese Technik genutzt, um Natrium in der Atmosphäre von HD 209458 B zu detektieren. Spätere Beobachtungen fanden Wasserdampf, Methan, Kohlendioxid und andere Moleküle in verschiedenen Exoplanetenatmosphären.

9:23 Das James Webb Weltraumteleskop gestartet 2021, bringt diese Technik auf ein neues Level und kann selbst Moleküle in den Atmosphären erdgroßer Planeten detektieren. Im Jahr 2018 startete die NASA te SS das Prinzisting Exoplanet Survey Satellite, anders als Kepler, das einzig ein Feld an starte, scannt te SS den gesamten Himmel.

9:53 Es beobachtet helle, nahe Sterne ideale Ziele für Folgebeobachtungen mit großen Teleskopen. Bis Ende 2023 wurden so über 400 bestätigte Exoplaneten entdeckt und mehr als 6000 Kandidaten identifiziert. Ti SS konzentriert sich auf Sterne, die uns nahe sind, innerhalb von 200 Lichtjahren. Diese Nähe bedeutet, dass die Sterne hell genug sind für detaillierte Spektroskopie.

10:24 Wir können Planeten nicht nur entdecken, sondern auch charakterisieren, es kann also so zweiteilig vorgegangen werden. Tis s findet die Planeten und dann übernehmen Teleskope wie James Webb, um ihre Atmosphären zu untersuchen, einer der aufregendsten Funde ist etwa 100 Lichtjahre entfernt. Dort gibt es Planeten, den Toi 700 D, der in der habitablen Zone seines Sternes kreist, der Region, wo flüssiges Wasser existieren könnte.

10:56 Der Planet ist etwa 20% größer als die Erde und braucht 37 Tage für einen Umlauf ist dort leben möglich, wir wissen es nicht, aber es ist ein faszinierendes Ziel für zukünftige Studien. Die Weltraumorganisation ESA hat ebenfalls ein transitteleskop Cheops Cheops beobachtet keine neuen Planeten, sondern charakterisiert Bekannte. Es misst die Größe von Planeten sehr präzise, um ihre Dichte zu bestimmen, ist der Planet felsig, wie er die Erde oder ist es ein Gasriese oder etwas dazwischen? Dies erfahren wir über die Dichte. Zukünftige Missionen sind bereits geplant. Plato, ebenfalls von der ESA, soll 2026 starten und wird sich auf erdgroße Planeten in habitalblen Zonen um sonnenähnliche Sterne

11:50 konzentrieren. Es wird über 1000000 Sterne beobachten und könnte Hunderte von erdähnlichen Welten finden. Die Transitmethode hat uns auch Überraschungen beschert. Heiße Jupiter Gasriesen, die ihren Stern in wenigen Tagen umkreisen, waren völlig unerwartet. Theoretiker hatten solche Planeten nicht vorhergesagt, ihre Existenz zwang uns, Theorien der Planetenentstehung zu überdenken. Planeten können wandern, sie bilden sich weiter draußen und Spiralen dann nach innen, planetensysteme sind dynamisch und komplex, wir fanden super Erden. Planeten, die größer als die Erde, aber kleiner als Neptun sind.

12:35 Solche Planeten existieren in unserem Sonnensystem nicht, aber sie scheinen im Universum sehr häufig zu sein. Wir fanden Minineptune, Eisriesen, lavawelten, wir fanden Planeten, die 2 Sterne umkreisen, wir fanden Systeme mit 7 erdgroßen Planeten, betrapiest 1 etwa 40 Lichtjahre entfernt. 3 dieser Planeten befinden sich in der habitablen Zone trapist. 1 wurde ursprünglich von bodengebundenen Teleskopen entdeckt, aber Kepler bestätigten und charakterisierte das System. Es ist eines der faszinierendsten Planetensysteme, die wir kennen, die Transitmethode kann auch Monde um Exoplaneten entdecken, Exomonde die. Bisher haben wir keinen eindeutig bestätigten Exomond gefunden, aber es gibt

13:28 vielversprechende Kandidaten. Ein Mond, der einen Planet umkreist, würde zusätzlich winzige Variationen im Transitsignal verursachen, die Detektion ist aber extrem schwierig, aber mit zunehmender Präzision sollte dies möglich werden, sogar Ringe können detektiert werden, der Exoplanet j. 1407 b. Zeigt Transitsignaturen, die auf ein gewaltiges Ringsystem hindeuten, etwa 200 mal größer als die Ringe des Saturns. Die Transits sind komplex und dauern Wochen, weil die Ringe so ausgedehnt sind.

14:08 Solche Entdeckungen zeigen, wie vielfältig Planetensysteme sein können die Transitmethode ist nicht perfekt, sie ist voreingenommen gegenüber großen Planeten, nahe an ihrem Stern. Diese erzeugen Kiefere, Transits und Monthyren den Transit häufiger durch kleinere Planeten mit größeren Umlaufbahnen sind daher schwerer zu finden. Ein erdgroßer Planet in einer erdähnlichen Umlaufbahn um einen sonnenähnlichen Stern würde nur einmal pro Jahr Transitieren mit einer Verdunkelung von 0,08%, um sicher zu sein, dass es ein Planet ist, möchte man mindestens 3 transits sehen. Also mindestens 3 Jahre Beobachtung. Kepler war für diese Aufgabe ausgelegt, er beobachtete 4 Jahre lang genug, um mehrere Transits erdähnlicher Planeten zu sehen.

15:02 Tatsächlich fand Kepler mehrere Kandidaten erdgroßer Planeten in habitablen Zonen, Kepler 186 F. Kepler, 442 B Kepler, 452 B und so weiter Kepler 4. 452 B. Umkreist einen Stern, der unserer Sonne sehr ähnlich ist. In 385 Tagen fast ein Erdjahr. Er ist etwa 60% größer als die Erde, es könnte eine Supererde sein, eine Wasserwelt. Allerdings wissen wir dies nicht genau, aber es ist faszinierend. Die Transitmethode kombiniert mit anderen Methoden ist besonders mächtig, wenn wir einen Transit beobachten. Zusätzlich die Radialgeschwindigkeit Messen erhalten wir sowohl den Radius als auch die Masse des Planeten. Daraus können wir die Dichte berechnen und bestimmen, ob der Planet felsig, eisig oder

16:00 gasförmig ist. Für viele Keplerplaneten fehlen Radialgeschwindigkeitsdaten, weil die Sterne zu schwach sind, aber für helle Nahesterne können wir beide Methoden kombinieren. Das gibt uns ein vollständigeres Bild. Die statistische Analyse von Transitdaten hat uns fundamentale Einsichten gegeben. Die Keplermission zeigte, dass etwa 20 bis 50% aller sonnenähnlicher Sterne einen erdgroßen Planeten in der habitablen Zone haben könnten, das bedeutet, in unserer Galaxis könnte es Milliarden erdgroßer Planeten in habitablen Zonen geben.

16:38 Natürlich bedeutet habitable Zone nicht bewohnt. Viele Faktoren beeinflussen die Bewohnbarkeit. Atmosphäre, Magnetfeld, stellare Aktivität, Gezeitenkräfte. Aber die schiere Anzahl möglicher Welten ist atemberaubend. Die Transitmethode hat auch Grenzen bei der Charakterisierung offenbart für detaillierte atmosphärische Studien brauchen wir große Teleskope und viel Beobachtungszeit, selbst mit James Webb können wir nur eine Handvoll Planeten im Detail untersuchen. Wir müssen strategisch wählen, welche Planeten sind die vielversprechendsten Trapist 1 ist ein top Ziel, die Planeten sind klein und Transitieren einen roten Zwergstern, was die atmosphärischen Signale verstärkt. James Webb hat bereits begonnen,

17:30 diese Welten zu charakterisieren erste Ergebnisse zeigen, dass einige der Planeten wahrscheinlich keine dichte Atmosphäre haben, aber die Studien sind noch im Gange. Die Transitmethode ist mehr als eine Technik. Sie ist ein Fenster in die Vielfalt des Universums. Sie zeigt uns, dass unser Sonnensystem nicht das einzige in dem Universum ist. Sie zeigt uns heiße Jupiter Supererden, Neptunähnliche Welten in der Größe zwischen Erde und Gasriesen. Sie zeigt uns, dass Planetensysteme in unzähligen Konfigurationen existieren und.

18:11 Und in all dieser Vielfalt, in all diesen fremden Welten lavaplaneten, die bei 2000 Grad schmelzen, Eisriesen mit methanregen Welten, die 2 Sonnen umkreisen, erscheint unsere Erde noch besonderer. Eine gemäßigte Welt mit flüssigem Wasser, einer schützenden Atmosphäre, einem stabilen Klima, ein Planet genau in der richtigen Entfernung von genau dem richtigen Stern. Die Transitmethode lehrt uns auch Demut. Von den 1000 entdeckten Planeten ist keiner genau wie die Erde. Viele sind ähnlich in der Größe oder Umlaufbahn, aber Details unterscheiden sich.

18:50 Die perfekte Balance, die unsere Erde bietet, das ist selten, nicht unmöglich, wie die Statistik zeigt, aber selten genug, um extrem kostbar zu sein, während wir weiterhin den Himmel nach Transitspe durchsuchen, nach winzigen Verdunklungen, die ferne Welten offenbaren, sollten wir nicht vergessen, wir stehen auf einer dieser Welten.

19:10 Einer Welt, die nicht nur existiert, sondern lebt, die nicht nur theoretisch bewohnbar ist, sondern tatsächlich bewohnt von uns, von Millionen Arten, von einem komplexen, fragilen Ökosystem. Gute Nacht und während du schläfst, scannen Teleskope den Himmel, messen Helligkeiten, suchen nach Transits, irgendwo da draußen, ziehen Planeten vor ihren Sternen vorbei, ungesehen, bis wir in blicken, aber der kostbarste Planet, der hier ist. Unter deinen Füßen.