10. Oktober 2019 | Physik-Nobelpreis an die Schweizer Entdecker von Exoplaneten Mayor und Queloz
Die Suche nach extrasolaren Planeten geht weiter
Von den Nobelpreisträgern Mayor und Queloz entdeckter Exoplanet Dimidium
Diese künstlerische Darstellung zeigt den extrasolaren Planeten 51 Pegasi b, der 1995 von den Schweizer Astronomen Didier Queloz und Michel Mayor in etwa 50 Lichtjahren Entfernung vom Sonnensystem entdeckt wurde. Für diese Entdeckung wurden die beiden Genfer Wissenschaftler mit dem Nobelpreis für Physik 2019 ausgezeichnet. Den Namen Dimidium erhielt der erste an einem sonnenähnlichen Stern entdeckte extrasolare Planet durch einen Namenswettbewerb der Internationalen Astronomischen Union (IAU). Das Wort bedeutet "die Hälfte" und soll darauf hinweisen, dass der Planet etwa die Hälfte der Masse des Planeten Jupiter hat. Dimidium umkreist seinen Stern Helvetios (51 Pegasi) im Sternbild Pegasus, dem "Fliegenden Pferd" am nördlichen Sternenhimmel – und zwar in nur 4,2 Tagen und auf einer sehr engen Umlaufbahn von nur acht Millionen Kilometern. Dies heizt seine Gashülle auf fast eintausend Grad Celsius auf, weshalb der Exoplanet auch der Klasse der "heißen Jupiter" zugerechnet wird.
Der erste Exoplanet - 51 Pegasi b bzw. Dimidium - wurde 1995 mit einem Teleskop des Observatoriums Haute-Provence entdeckt. Die Suche nach Exoplanten vom Weltall aus begann mit dem französischen Weltraumteleskop CoRoT. CoRoT entdeckte 2009 einen Exoplanet, dessen Radius und Masse genau bestimmt werden konnte, CoRoT-7b ist damit der erste wirkliche Gesteinsplanet (in dieser künstlerischen Darstellung im Vordergrund). Neben den beiden designierten Nobelpreisträgern waren damals auch Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) an dieser wichtigen Entdeckung beteiligt.
Die ESA-Mission PLATO wird ab 2026 nach erdähnlichen Exoplaneten suchen
Mit der großen ESA-Mission PLATO (Planetary Transits and Oscillations of Stars) wird ab 2026 ein neues Kapitel bei der Suche nach extrasolaren Planeten aufgeschlagen. Die wissenschaftliche Nutzlast des Weltraumteleskops wird von einem internationalen Konsortium verantwortet, das von Prof. Heike Rauer vom DLR-Institut für Planetenforschung geleitet wird. PLATO besteht aus 26 einzelnen Kameras und wird als erstes Instrument in der Lage sein, Planeten der Größe der Erde in der 'habitablen', lebensfreundlichen Zone von sonnenähnlichen Sternen zu finden.
Ihre Entdeckung des Exoplaneten 51 Pegasi b im Jahr 1995 veränderte die Astronomie
Suche nach Exoplaneten auch im DLR von immer größerer Bedeutung
Die beiden ESA-Missionen CHEOPS (2019) und PLATO (2026) werden vor allem nach erdähnlichen Exoplaneten suchen
Schwerpunkte: Astronomie, Exploration, Exoplanetensuche, Suche nach Leben im All
Der wissenschaftliche Nachweis des ersten Exoplaneten vor fast 25 Jahren veränderte unsere Sicht auf die Entstehung und Entwicklung des Weltalls und stellte die Einzigartigkeit unseres Sonnensystems infrage. Mit neuen Methoden und Instrumenten der ESA-Missionen wie CHEOPS und PLATO begeben sich heute Wissenschaftler, auch vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), noch weiter hinaus – auf der Suche nach einer zweiten Erde.
Der diesjährige Physik-Nobelpreis wird je zur Hälfte an den kanadischen Kosmologen James Peebles von der Princeton University für Arbeiten über die Strukturbildung im frühen Universum, so wie an die beiden Genfer Astronomen Michel Mayor und Didier Queloz für die Entdeckung des ersten Exoplaneten um einen sonnenähnlichen Stern vergeben. Die Publikation "A Jupiter-mass companion to a solar-type star" (Nature, Band 378), mit der die Entdeckung eines Planeten um einen sonnenähnlichen Stern bestätigt wurde, erschien 1995, die Beobachtungen liegen also etwa 25 Jahre zurück. Sie waren die Initialzündung für ein neues, schnell expandierendes Forschungsfeld: die Suche nach extrasolaren Planeten oder "Exoplaneten". Das DLR ist seit den Anfängen der Exoplanetensuche vor allem mit Weltraumteleskopen auf diesem Forschungsgebiet tätig. Die Wissenschaftler des DLR gratulieren den Kollegen Michel Mayor und Didier Queloz herzlich, die am 10. Dezember 2019, dem Todestag des Preisstifters Alfred Nobel, in Stockholm die berühmte, von einem Künstler individuell angefertigte Nobelpreisurkunde aus der Hand des schwedischen Königs Carl XVI. Gustav erhalten werden.
Die Entdeckung der beiden Schweizer Astronomen basiert auf Messungen mit einem Spektrografen an dem 193cm-Teleskop des östlich von Avignon gelegenen Observatoriums Haute-Provence. Die Zahl der entdeckten Planeten stieg nach 1995 stetig an, sodass der Wunsch der Wissenschaftler nach einer systematischen Exoplanetensuche mit Weltraumteleskopen, deren Untersuchungen nicht durch die Erdatmosphäre beeinträchtigt sind, immer stärker wurde. Im Jahr 2000 – damals kannte man erst etwa 50 Exoplaneten – fiel beispielsweise die positive Entscheidung für die Mission CoRoT, einem französischen Satellitenprojekt unter Beteiligung der ESA, an dem auch das DLR mitwirkte. Mit diesem Weltraumteleskop wurde 2009 der Exoplanet CoRoT-7b entdeckt, der erste wirkliche Gesteinsplanet außerhalb unserer Sonnensystems. Zuvor hatte man überwiegend so genannte 'heiße Jupiter' entdeckt, also Planeten mit mehr als hunderttausend Kilometer Durchmesser. Diese Planeten ähneln Jupiter, dem größten Planeten des Sonnensystems, umkreisen ihren Stern aber sehr eng und erfahren entsprechend hohe Temperaturen. Bei der Entdeckung von CoRoT-7b waren in der Autorenliste auch Wissenschaftler des DLR zusammen mit Mayor und Queloz vertreten.
Die Entdeckung von 51 Pegasi b veränderte die Astronomie
Die sensationelle Entdeckung eines Planeten um einen 60 Lichtjahre entfernten Stern im Sternbild Pegasus – er erhielt den Namen 51 Pegasi b – bestätigte sowohl die allgemeinen Überlegungen der Philosophen seit der Antike wie auch die naturwissenschaftlichen Abschätzungen der Neuzeit: Auch außerhalb unseres Sonnensystems können sich andere, ähnliche Welten geformt haben. Damit konnte 1995 von den beiden Nobelpreisträgern die Existenzfrage nach Planeten jenseits des Sonnensystems mit einem klaren "Ja" beantwortet werden. Zugleich aber ergaben sich viele neue spannende Fragen durch die immer häufiger Exoplaneten-Entdeckungen. Die bis heute etwa 4.000 entdeckten Planeten entscheiden sich stark voneinander. Sie haben exotische Eigenschaften, zum Beispiel extrem schnelle Umläufe und stellen damit die Frage nach den allgemeinen Gesetzmäßigkeiten der Planetenentstehung und Planetenentwicklung. Eine andere grundsätzliche Frage ist die nach der Einzigartigkeit unseres Sonnensystems und unseres Planeten Erde, dem einzigen Himmelskörper, von dem wir wissen, dass er Leben beherbergt.
Mit CHEOPS und PLATO auf der Suche nach erdähnlichen Exoplaneten
Zwei ESA-Missionen, bei denen das DLR beteiligt ist, werden die Astronomie hier vermutlich entscheidend weiterbringen. Am 17. Dezember diesen Jahres startet CHEOPS (Characterising Exoplanet Satellite), eine Kleinsatellitenmission unter Schweizer Führung, die bereits entdeckte Exoplaneten (beispielsweise durch das Teleskopsystem NGTS in Chile oder das NASA/ESA-Weltraumteleskop Kepler) genauer charakterisieren soll, sowie nach weiteren Planeten in bereits bekannten Exoplanetensystemen suchen wird.
2026 startet dann die Mission PLATO (Planetary Transits and Oscillations of stars). Das wissenschaftliche Instrument wird von einem internationalen Konsortium verantwortet, das unter der Leitung von Prof. Heike Rauer vom DLR-Institut für Planetenforschung steht. Damit wird ein neues Kapitel in der Exoplanetenforschung aufgeschlagen, weil das PLATO-Weltraumteleskop mit seinen 26 Einzeloptiken und Kameras als erstes Instrument in der Lage sein wird, erdgroße Planeten in der 'habitablen', lebensfreundlichen Zone von sonnenähnlichen Sternen zu finden, in der Wasser stabil ist. Die gesamte Mission umfasst neben den Entdeckungen mit der Transitmethode vom Weltraum aus auch nachfolgende Messungen mit anderen Teleskopen. So wird ein umfangreicher Katalog mit den genauen Angaben von Radius, Masse und Alter der Planeten und ihrer Zentralsterne entstehen.
Unter diesen zukünftigen Entdeckungen könnten dann auch Gesteinsplaneten mit einer Atmosphäre sein, die man mit spektroskopischen Transitmessungen (Messungen des Lichtabfalls, während der Planet vor seinem Stern vorüberzieht) nach ihrem Aufbau und ihren Bestandteilen untersuchen kann. Dies wird die Hauptaufgabe für ARIEL sein, der nächsten Exoplanetenmission der ESA, deren Start 2028 geplant ist.
Die Vergabe des Nobelpreises für Physik an die Astronomen Mayor und Queloz zeigt: Die Entdeckung des ersten Exoplaneten um einen sonnenähnlichen Stern vor einem Vierteljahrhundert hat unser Weltbild verändert und unsere Position im Weltall weiter relativiert. Die wissenschaftlichen und technischen Entwicklungen und Möglichkeiten wie die der PLATO-Mission werden uns in naher Zukunft den tieferen Einblick in unsere planetare Herkunft und Entwicklung ermöglichen. Am – vorläufigen – Ende dieser Forschung steht auch die mögliche Beantwortung der Frage, ob einer der Exoplaneten in der Milchstraße oder in einer anderen Galaxie zunächst die Voraussetzungen für Leben hat und schließlich die noch viel grundsätzlichere Frage, ob es dort tatsächlich Leben gab oder noch heute gibt.
