Koronographen als Hilfsmittel, um Exoplaneten zu finden

Blumenförmiges Raumschiff soll bei der Suche nach Leben im All helfen

Wissenschaftler kommen immer näher an das Ziel, Planeten zu finden, die unserer Erde ähneln. Allein NASAs Kepler Mission hat mehr als 1000 Exoplaneten, das heißt Planeten außerhalb unseres Sonnensystems gefunden. Eine paar davon sind etwas größer als die Erde und befinden sich in der habitablen Zone, dem Abstandsbereich, in dem sich ein Planet von seinem Stern entfernt befinden muss, damit flüssiges Wasser als Voraussetzung für Leben vorhanden sein kann. Experten sprechen davon, dass die Entdeckung einer zweiten Erde vielleicht gar nicht mehr so lange dauert, wie wir denken.

Suche nach Exoplaneten ist problematisch

Das Problem bei der Suche nach erdähnlichen Exoplaneten ist, dass sie nicht direkt mit Teleskopen beobachtet werden können. Sie werden von ihren Sonnen, um die sie kreisen, überstrahlt. Doch es gibt Methoden, solche Planeten trotzdem ausfindig zu machen: Wenn der Planet, von der Erde aus gesehen, direkt vor seinem Stern vorbeizieht, nennt man das Planetentransit. Dabei gibt es eine winzige Helligkeitsänderung, die von hochempfindlichen Teleskopen, wie dem Kepler-Teleskop, aufgezeichnet werden. Man kann sich das so vorstellen, wie eine Fliege, die an einem Scheinwerfer hunderte Meter von einem entfernt vorbei fliegt. Man wird die Fliege mit dem bloßen Auge nicht sehen, aber sie verdunkelt die Helligkeit des Scheinwerfers kurzzeitig.

Wenn sich diese Helligkeitsänderung nach der ersten Messung noch zweimal wiederholt und sich alle sonstigen Ursachen dafür ausschließen lassen, ist ein Planet gefunden worden. Diese Methode funktioniert allerdings nur, wenn der Exoplanet auf seiner Bahn so an seiner Sonne vorbeizieht, dass er in einer Linie mit dem Stern und der Erde steht. Das ist allerdings aufgrund der verschiedenen Bahnneigungen nur bei einem Bruchteil der Planeten so.

Starshade

Wissenschaftler arbeiten aber auch an anderen Methoden, mit denen sich Planeten entdecken lassen sollen, zum Beispiel das Starshade, ein blumenförmiges Raumschiff, und Koronographen, kleinen Instrumente, die in einem Teleskop angebracht werden. Auch Starshade ist ein Koronograph, nur fliegt es vor dem Teleskop, statt darin eingebaut zu sein. Der Zweck von Koronographen ist es, das Licht des beobachteten Sternes abzudämpfen, um seine Umgebung beobachten zu können, ähnlich wie Sonnenblenden im Auto, die wir benutzen, um die Straße besser zu sehen. Damit können Astronomen erdähnliche Exoplaneten finden und ihre Atmosphären mit speziellen Geräten, sogenannten Spektrometern nach Anhaltspunkten untersuchen, ob dort eventuell Leben möglich ist.

Die hauptsächliche Herausforderung für die Koronographen ist, das Sternenlicht, trotz seiner Tendenz zu streuen, vollständig abzuschirmen. Nur eine kreisförmige Scheibe im Teleskop anzubringen, reicht nicht aus, denn Licht von Sternen krümmt sich an der Abschirmung vorbei, wie der Ozean um eine Insel spült. Jeder Koronographen-Typ meistert diese Herausforderung anders mithilfe von verschiedenen Abschirmungen und Spiegeln, die das Licht bündeln.

Ist Leben im Weltall möglich?

Die Grundlage für Leben ist flüssiges Wasser, das Nährstoffe im Organismus transportieren kann. Doch abgesehen davon, kann es Leben auch in uns lebensfeindlich erscheinenden Umgebungen geben. Organismen gedeihen unter extremsten Bedingungen wie zum Beispiel in Seen unter dem antarktischen Eis, in Gesteinsritzen, in außerordentlich säure-, basen- oder salzhaltiger Umgebung oder bei starker Radioaktivität. Was auf der Erde ökologische Nischen sind, kann auf anderen Planeten der Normalzustand sein.

Doch ob sich Organismen in solchen Bedingungen über den Bakterien- und Mikroorganismenstand hinaus entwickeln, ist fraglich. Deshalb suchen Astronomen nach sogenannten Biomarken in den Atmosphären verschiedener Exoplaneten, die sich in einer habitalen Zone befinden. Jedes chemische Element hinterlässt unverwechselbare Spuren im Lichtspektrum, wodurch sich feststellen lässt, was es für Elemente und chemische Verbindungen auf dem Planeten gibt oder mal gab, da diese Spuren auch über Lichtjahre hinweg nicht verblassen.

Wissenschaftler suchen vor allem nach den chemischen Verbindungen Methan, Ozon und Kohlenstoffmonoxid sowie dem Element Sauerstoff. Wasserdampf in der Atmosphäre ist ebenfalls ein gutes Zeichen, da er auf flüssiges Wasser an der Oberfläche hindeutet. Geplant ist das Weltraumteleskop James Webb, das ab 2019 nach solchen Biomarken suchen soll. Mit diesem und ähnlichen Geräten werden wir zukünftig noch näher an die Entdeckung außerirdischen Lebens kommen und wer weiß, vielleicht ist es ja schon bald soweit …