Andere 'Sonnen'systeme?

Gibt es Planeten, die andere Sterne umkreisen, wie die unseres Sonnensystems? Wir wissen es nicht mit Sicherheit, aber neuere Entdeckungen über 51 Pagasi, 70 Virginis und 47 Ursae Maioris erschweren die Beweislast so sehr, daß nur ein „Teufelsanwalt“ die Schlußfolgerungen in Abrede stellen kann. Hier fassen wir nun unser Wissen zusammen (dies ist unvollständig; wir empfehlen daher aus- und nachdrücklich die engl. Links der Originalseite):

Fakten

• Drei kleine Körper wurden entdeckt, die den Pulsar PSR 1257+12 umkreisen. Sie wurden mit "PSR1257+12 A, ..B, und ..C" bezeichnet. Einer von ihnen besitzt die Größe des Mondes, die anderen etwa die zwei- bis dreifache Masse der Erde.
   
  Sie wurden bei Messungen der Schwankungen der Pulsrate des Pulsars, die als Gravitationseffekt dreier kleiner Planeten gedeutet werden können, entdeckt. Die Originalbeobachtungen wurden bestätigt, aber natürlich wurden keine direkten Bilder angefertigt -- das liegt weit jenseits der Fähigkeiten unserer besten Teleskope.
   
  Man glaubt, diese Planeten haben sich nach der Supernova entwickelt, die den Pulsar hervorgebracht hat. Die gegenwärtig vorhandenen Planeten wären ursprünglich innerhalb der Reichweite des Vorgängersterns gewesen und hätten deshalb kaum eine Chance gehabt, die Supernovaexplosion zu überleben, geschweige denn nach der Explosion in kreisenden Umlaufbahnen zu bleiben.
   
  Messungen über mehrere Jahrzehnte an Rotationszeiten des Pulsars PSR 0329+54 (PKS B0329+54) durch Tatiana Shabanova (Lebedev Physics Institute) belegen die Existenz eines Planeten mit einer periodischen Umlaufzeit von 16,9 Jahren und mehr als der zweifachen Erdmasse.
   
  Aber, obwohl diese Belege sehr gut sind, sind sie doch nicht das, wonach wir suchen, wenn wir über 'Sonnensysteme' sprechen.
• Seit 1983 weiß man, daß der Stern Beta Pictoris von einer Scheibe aus Gas und Staub umgeben ist. Spektren von Beta Pictoris zeigen ein Absorptionsverhalten, von dem man glaubt, es rühre von kometenähnlichen Wolken aus Gas her, die bei Planetenformation übriggeblieben seien. Obwohl es weit hergeholt erscheinen mag, glauben manche, es könnten sich bereits Planeten um Beta Pictoris gebildet haben.
   
  HST hat Beta Pictoris beobachtet (rechts) und festgestellt, daß die Scheibe viel dünner ist als zuvor angenommen. Schätzungen, basierend auf den Hubbleaufnahmen, geben die Dicke der Scheibe mit weniger als 1 Milliarde Meilen (etwa 1600 Millionen Kilometer) an oder etwa mit ¼ der aufgrund von bodengestützten Beobachtungen gemachten Schätzungen. Die Scheibe liegt nahezu flach zur Erde gewandt. Da der Staub genug Zeit hatte, sich zu einer flachen Ebene zu formen, könnte die Scheibe älter sein als manche Schätzungen zuvor angenommen hatten. Eine dünne Scheibe erhöht zudem die Wahrscheinlichkeit der Bildung von kometengroßen oder noch mächtigeren Körpern durch Akkretion in der Scheibe. Beide Bedingungen, so wird vermutet, sind charakteristisch für eine hypothetische zirkumstellare Scheibe unserer Sonne, die gemäß der gegenwärtigen Theorie ein notwendiger Vorläufer der Bildungsphase der Planeten unseres Sonnensystems war.
   
  Jüngste Beobachtungen des HST haben kleinere Verzerrungen, wie sie von der gravitativen Wirkung eines Planeten erwartet werden könnten, gezeigt. Dies wurde durch Beobachtungen der ESO bestätigt.
• Neuere Observationen im Bereich der Radiowellen einer Gaswolke namens Bok Globule (Blase) B335 haben Bilder von in einen neu geborenen Stern fallenden Materials erbracht (nur etwa 150 000 Jahre alt). Diese Ergebnisse helfen uns zu verstehen, wie Sterne und Planeten entstehen. Die beobachteten Phänomene stützen die Theorie der Schaffung des Sonnensystems -- also, einer großen kollabierenden Gaswolke unter Entstehung eines Sterns mit nachfolgender Bildung einer zirkumstellaren Scheibe, die mit der Zeit Stück für Stück Planeten hervorbringt, welche die Sonne umkreisen.
• Der Satellit IRAS fand heraus, daß Vega zu viel Infrarotemission aufweist, was einer Staubhülle zugeschrieben wurde (etwa so massereich wie der Erdmond).
• Beobachtungen am nahegelegenen Barnards Stern galten einst als Beweis für gravitative Effekte von Planeten, stellten sich aber als Meßfehler heraus.
• Das System um den Stern Gl229 scheint ein etwa 20 Jupitermassen schweres Objekt zu enthalten, das ihn in 44 AE Entfernung umkreist. Ein Objekt dieser Größe ist aller Wahrscheinlichkeit nach eher ein brauner Zwerg als ein gewöhnlicher Planet.
• Die erste Entdeckung eines Planeten, der einen normalen, sonnenähnlichen Stern umkreist, verdanken wir einer Veröffentlichung durch Astronomen, die 51 Pegasi, einen Stern vom Spektraltyp G2-3 V der Hauptgruppe, 42 Lichtjahre von der Erde entfernt beobachteten. Auf einer kürzlich im italienischen Florenz stattfindenden Konferenz erklärten Michel Mayor und Didier Queloz des Genfer Observatoriums, daß sie 51 Pegasi mit einem hochauflösenden Spektrographen beobachtet und eine alle 4,2 Tage stattfindende Geschwindigkeitsänderung der Sichtlinie um etwa 70 Meter/Sekunde festgestellt haben. Sollte dies durch eine orbitale Bewegung hervorgerufen werden, so deuten diese Zahlen auf einen Planeten hin, der nur 7 Millionen Kilometer von 51 Pegasi -- viel näher als Merkur zur Sonne -- und mindestens die halbe Masse des Jupiter aufweist. Diese physikalische Charakteristik hängt von der Vermutung ab, daß unsere Sichtlinie in der Nähe der Ebene der Umlaufbahn des Planeten zu finden ist. Andere Hinweise deuten jedoch darauf hin, daß diese Annahme richtig ist. Eine Welt, kaum 7 Millionen km von einem Stern wie 51 Pegasi entfernt, wäre etwa 1000 Grad Celsius heiß, also kurz vor rotglühend. Ursprünglich dachte man, daß es sich um einen festen Körper, also eine Art riesigen Merkur, handeln könnte, aber die Meinungen gehen immer mehr zu einer Art „heißem Jupiter“ über, einem Gasplaneten, der in größerer Entfernung vom Stern entstanden, dann aber zunehmend nach innen zum Stern hin gewandert ist.
   
  Diese Beobachtungen wurden jetzt durch mehrere unabhängige Beobachter bestätigt. Und es gibt Hinweise auf einen zweiten Planeten viel weiter draußen, der jedoch bisher nicht bestätigt wurde.
   
  [ Der Stern 51 Pegasi ist mit einer Größenklasse von 5,5 ein leicht mit Fernglas zu findendes Objekt, das hoch im Abendhimmel zwischen Alpha und Beta Pegasi im westlichen Paar des großen Quadrats des Pegasus beheimatet ist. Die Sternkoordinaten zum Äquinoktium 2000 sind RA 22h57m, Dec +20°46m.]
• Am 17. Januar 1996 veröffentlichten Geoffrey Marcy und Paul Butler die Entdeckung von Planeten, die die Sterne 70 Virginis und 47 Ursae Maioris umkreisen. 70 Vir ist ein G5V (Hauptreihen-) Stern und etwa 78 Lichtjahre von der Erde entfernt; 47 UMa ist ein G0V Stern, der etwa 44 Lichtjahre entfernt ist. Diese wurden durch die gleiche Dopplerverschiebungstechnik entdeckt, die den Planet, der 51 Pegasi umkreist, gefunden hat.
   
  Der Planet um 70 Vir besitzt eine exzentrische, langgezogene Umlaufbahn und umkreist mit etwa 9facher Jupitermasse den Stern in 116 Tagen. Durch Anwendung von Standardformeln, die die Wirkung von absorbiertem Sonnenlicht und abgestrahlter Wärme in Relation stellen, ermittelten Marcy und Butler eine Temperatur des Planeten von etwa 85 Grad Celsius (185 Grad Fahrenheit), also wäre er kühl genug, um Wasser und komplexe organische Moleküle zu beherbergen. Der Stern 70 Vir ist nahezu identisch zur Sonne, abgesehen davon, daß er mehrere hundert Grad kühler und etwa drei Milliarden Jahre älter ist.
   
  Der Planet um 47 UMa wurde durch Analyse von Beobachtungen aus 8 Jahren des Lick Observatoriums ermittelt. Seine Umlaufdauer beträgt knapp über 3 Jahre (1100 Tage), seine Masse entspricht der dreifachen des Jupiters und sein Umlaufbahnradius ist etwa doppelt so groß wie der Abstand von der Erde zur Sonne. Es ist anzunehmen, daß auch dieser Planet über einen Bereich in seiner Atmosphäre verfügt, die flüssiges Wasser zuläßt.
• Im April 1996 entdeckten die Doktoren Marcy und Butler einen weiteren Planeten, der diesmal um den Stern HR3522 (auch Rho 1 Cancri, 55 Cancri) in 45 Lichtjahren Entfernung zur Erde kreist. Der Planet besitzt etwa die 0,8 fache Jupitermasse. Es ist wahrscheinlich, daß noch weitere Planeten im Rahmen des 120 Sterne umfassenden Projekts auftauchen, die sie beobachteten.
• Weitere extrasolare Planeten wurden durch die Anwendung der Methode von Butler/Marcy entdeckt. Es ist eine hohe Dunkelziffer von Planeten anzunehmen.
• Ein extrasolarer Planet wurde in der Umlaufbahn um 16 Cygni B gefunden. Aber entgegen allen anderen, vormals bekannten Planeten weist dieser eine extrem große Exzentrizität (0,6) auf; seine Umlaufbahn trägt ihn vom sternnächsten Punkt in 0,6 AE bis auf 2,7 AE hinaus. Dies stellt viele Theorien der Planetenbildung in Frage.
• Eine direkte Erfassung von extrasolaren Planeten gestaltet sich sehr schwierig. Selbst das Hubble Space Telescope würde nicht in der Lage sein, Bilder von Planeten in der angenommenen Größe und Entfernung zur jeweiligen Sonne zu erzielen.
   
  Das HST war jedoch in der Lage, sternumgebende Scheiben aus Materie vor der Silhouette des Orion Nebels (auch 'proplyds', für 'proto-planetary disks' - protoplanetarische Scheiben, d. Ü.) (rechts) aufzuspüren. Dies ist ein großartiger Hinweis für die Häufigkeit dieser Klasse von Objekten, aber die Vergrößerung ist viel zu gering, um direkt etwas über Planeten dort auszusagen. Weitere detailreiche HST Bilder sind jetzt auch verfügbar.
• Nichtsdestoweniger könnte es möglich sein, in manchen Fällen die Infrarotstrahlung eines sehr großen Planeten (größer oder gleich dem Jupiter) zu detektieren.
• Mit viel Glück hat das HST ein Bild aufgenommen, das aussieht, als ob es einen Planeten zeigt, der einem Doppelsternsystem entfliehen will. Wenn das bestätigt wird, läßt sich die Existenz von extrasolaren Planeten nicht mehr abstreiten.

Mehr über andere Sonnensysteme

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Offene Punkte

• Es ist wahrscheinlich, daß weitere Planeten mit der Methode, die die Planeten um 51 Pegasi, 70 Virginis und 47 Ursae Maioris gefunden hat, entdeckt werden. Aufregende Zeiten stehen uns bevor!
• Das Planetensystem um 51 Pegasi ist sehr verschieden von unserem eigenen. Aber das System um 70 Virginis und 47 Ursae Maioris scheint eher „normal“ zu sein. Mit mehreren bekannten „Sonnensystemen“ ist es nun möglich, weitere allgemeine Aussagen zu treffen und Theorien der Planetenbildung besser zu testen.
• Keiner der bis jetzt gefundenen extrasolaren Planeten ist, wie von bisherigen Methoden zu erwarten war, im geringsten der Erde ähnlich. Wie können wir weitere Hinweise auf erdähnliche Planeten gewinnen? Wird das ExNPS Projekt Gelder erhalten?
• Wie entsteht ein Planet mit großer Exzentrizität?
• [Einführung aus dem oben aufgeführten Papier von Dr. Fraknoi]: Das Interesse unter den Astronomen an der Entdeckung von Planeten außerhalb unseres Sonnensystems wird von der wachsenden Vorstellung über die baldige technische Machbarkeit gesteigert. Die anhaltende Renaissance des Teleskopbaus und die erwarteten Starts neuer Weltraumplattformen ermutigen Wissenschaftler, ihr Instrumentarium zur Auffindung von Planeten neu zu begutachten und zu verbessern. Die direkte Entdeckung von Licht eines fernen Planeten würde die anspornendste Entdeckung und einen besseren Anhaltspunkt für die Machbarkeit von verschiedenen Suchstrategien, im Vergleich zur traditionell von Astronomen verwendeten Suche nach Jupiterähnlichen bedeuten. Im Prinzip jedoch können extrasolare Riesenplaneten (EGP=extra-solar giant planets) einen großen Massebereich abdecken und deshalb bedeutend heller als Jupiter sein. Darüber hinaus ist die Grenzmasse eines Planeten bisher nicht bekannt, so daß Beobachtungen nötig sind, um sie festzustellen. Wir sagen die optischen und Infrarotbereiche von EGPs, die in den nächsten Jahren entdeckt werden können, voraus.

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