„Wir wissen noch zu wenig über Exoplaneten“

Herr Benz, fast täglich melden die Medien neue Erkenntnisse über die Exoplaneten. Nun hat die ESA mit der Entscheidung für PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) binnen kurzer Zeit die zweite Mission zu dieser Thematik aus der Taufe gehoben. Wieso diese geballte Anstrengung, um ferne Planeten zu untersuchen?

Wir wissen noch viel zu wenig über diese extrasolaren Planeten. Zwar wurden in den vergangenen zwei Jahrzehnten 1077 von ihnen gefunden, hinzu kommen einige Tausend Kandidaten, die noch bestätigt werden müssen. Das ist zweifellos ein großer Gewinn, verglichen mit der Zeit vor der ersten Entdeckung, also vor 1995. Wir verdanken dies sowohl Beobachtungen vom Boden aus, als auch Weltraum-gestützten Observatorien wie COROT oder Kepler. Doch trotz dieser beeindruckenden Zahlen: Unsere Kenntnisse zur physischen Natur dieser faszinierenden Planeten sind gering. Mit den neuen Missionen wollen wir sie näher kennen lernen.

Wie ist das zu verstehen?

Nehmen Sie die Mission CHEOPS, das steht für CHaracterizing ExOPlanet Satellite. Es ist ein kleiner Satellit, er wiegt nur 250 Kilogramm. Ab dem Jahresende 2017 wird er bis zu 800 Kilometer hoch um die Erde kreisen und dort für dreieinhalb Jahre gezielt bereits bekannte Planeten und Planeten-Kandidaten von etwa 700 vergleichsweise hellen Sternen ins Visier nehmen.

Dazu ist ein Fernrohr mit 33 Zentimetern Öffnung an Bord. Es späht nach kurzen Verdunklungen, die sich ergeben, wenn der Exoplanet vor seinen Heimatstern tritt und ein wenig von dessen Licht verdeckt. Mit solchen Transits können wir den Durchmesser der Exoplaneten bestimmen. Weitere Informationen kommen von irdischen Sternwarten: Dort misst man mittels der Radialgeschwindigkeitsmethode auch ihre Masse. Diese Methode nutzt den Rütteleffekt, den ein Exoplanet mit seiner Schwerkraft bei seinem Heimatstern bewirkt.

Durchmesser und Masse zusammen liefern uns schließlich die mittlere Dichte der Exoplaneten. Das ist ein wichtiger Wert für ihrer Charakterisierung, denn er zeigt an, ob der Planet aus Gestein, Eis oder Gas besteht und wie seine Atmosphäre beschaffen ist. Ohne diese Informationen sind kaum Aussagen über die potentielle Lebensfreundlichkeit eines Planeten möglich. Allerdings sind die meisten Sterne, bei denen COROT und Kepler Planeten fanden, für präzise Messungen der Radialgeschwindigkeiten zu dunkel.

Das ist der Grund, warum es bei den interessanten Exoplaneten mit kleinen Massen nur wenige gibt, deren Dichte bekannt ist. Weil wir uns bei CHEOPS und PLATO auf relativ helle Sterne konzentrieren, können wir einen Schritt weiter gehen.

Im Herbst 2012 wurde die Entdeckung eines Gesteinsplaneten im nächsten benachbarten Sternsystem Alfa Centauri gemeldet; nicht alle Forscher waren davon überzeugt. Wird CHEOPS den Disput klären?

Alfa Centauri ist extrem hell, der vierthellste Stern am gesamten Himmel. Mit CHEOPS nehmen wir uns typischerweise Sterne vor, die gerade noch mit bloßem Auge erkennbar oder sogar noch etwas dunkler sind – dafür sind die Sensoren ausgelegt. Deshalb erschwert die starke Strahlkraft von Alfa Centauri die Beobachtung von dessen Planeten. Wir werden uns trotzdem bemühen, auch wenn es schwierig wird. 

Kommen wir zu PLATO, welche Rolle spielt diese Mission?

PLATO ist nicht nur von seiner Masse her gewichtiger als CHEOPS. Als 'M-Klasse-Mission', also als mittel-großes ESA-Projekt, ist es auch finanziell deutlich umfangreicherer, und wissenschaftlich viel anspruchsvoller. Spätestens ab 2024 werden die Beobachtungen damit beginnen. Der Satellit hat 34 kleine Fernrohre, die jeweils mit einer Weitwinkeloptik die helleren Sterne auf einem relativ großen Himmelsausschnitt im Auge behalten, ebenfalls mit der Transit-Methode.

Geleitet wird die Mission von Heike Rauer vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Berlin. PLATO wird, anders als CHEOPS, nicht bereits bekannte Exoplaneten charakterisieren, sondern Tausende heute noch unbekannte Exemplare entdecken und untersuchen.

Beiden europäischen Missionen ist gemeinsam, dass sie für Planeten maßgeschneidert sind, die erdähnliche Durchmesser haben. Insbesondere PLATO ist für Planeten mit längeren Umlaufzeiten um ihre jeweiligen Zentralsterne zuständig, vergleichbar unserer Erde. 

Was kommt nach CHEOPS und PLATO?

Gedanklich sind wir schon einen Schritt weiter: Die übernächste Generation von Teleskopen wird es ermöglichen, mittels Spektralanalysen die Erforschung der Exoplaneten enorm zu beflügeln. Dann werden wir viel mehr über deren chemische Zusammensetzung, das Klima und die Lebensbedingungen für mögliche Organismen dort erfahren. CHEOPS und PLATO haben die Aufgabe, die Himmelsobjekte zu finden, die wir dann eingehend studieren werden.