Zugriff zu den einzelnen "Kapitel" geht am schnellsten über "Beliebte Reihen ..."
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
The Galactic Empire was Falling.
It was a colossal Empire, stretching across millions of worlds from arm-end to arm-end of the mighty multi-spiral that was the Milky Way. Its fall was colossal, too-and a long one, for it had a long way to go.
Isaak Asimov (1920-1992)
Prolog aus der Trilogie „Foundation and Empire“
There's so many different worlds
So many different suns
And we have just one world
But we live in different ones
So many different suns
And we have just one world
But we live in different ones
Mark Knopfler
Dire Straits „Brothers in Arms“Exoplaneten
Elpino: Warum aber sehen wir um die andern Lichtkörper, die Ihr ja auch Sonnen nennt, nicht andre Lichter kreisen, die als deren Erden gelten könnten, warum können wir keine derartige Bewegung wahrnehmen? Warum zeigen sich alle andern Weltkörper mit Ausnahme der sogenannten Kometen uns immer in derselben gegenseitigen Lage und Entfernung?
Fileteo: Einfach deshalb, weil wir nur die Sonnen sehen, welche die größeren, ja die größten Körper sind, nicht aber deren Erdkörper oder Planeten, welche, da ihre Massen viel kleiner sind, für uns unsichtbar sind. Widerspricht es doch nicht der Vernunft, daß selbst um diese unsere Sonne noch andre Planeten kreisen, die für uns, - sei es wegen ihrer größeren Entfernung, sei es wegen ihrer geringeren Größe oder weil sie keine großen Wasserflächen haben, oder weil sie diese Oberfläche nicht gleichzeitig in Opposition mit uns und der Sonne zeigen, welche letztere sich in ihnen, wie in einem kristallenen Spiegel widerspiegelt, - nicht sichtbar sind.
…
De l'infinito, universo e mondi (1584)
Giordano Bruno (1548-1600)
Demokrit macht über die Elemente, das Volle und das Leere ähnliche Angaben wie Leukippos. Er nennt das Volle seiend, das Leere nichtseiend. Er sprach davon, wie sich das Seiende ewig im Leeren bewege. Es gebe unendlich viele Welten von unterschiedlicher Größe. In einigen gebe es keine Sonne und keinen Mond, in anderen seien sie größer, und wieder in anderen gebe es mehr Sonnen und Monde als bei uns. Die Zwischenräume zwischen den Welten seien ungleich, die Welten selbst in einem Gebiet zahlreicher, in einem anderen weniger zahlreich, die einen wüchsen und stünden in Blüte, die anderen seien in Schwund begriffen, und an einer Stelle entstünden sie neu, an anderer gingen sie zugrunde. Vernichtet würden sie dadurch, daß sie aufeinanderstoßen. In einigen Welten gebe es keine lebenden Wesen und keinerlei Feuchtigkeit. In unserer Welt sei die Erde früher entstanden als die Gestirne; der Mond befinde sich unten, dann folge die Sonne und zuletzt die Fixsterne. Auch die Planeten hätten nicht alle den gleichen Höhenstand. Eine Welt stehe in Blüte, bis sie keinen Zuwachs von außen mehr in sich aufnehmen könne.
Refutatio omnium haeresium
Refutatio omnium haeresium
Einführung
Die Frage, ob es um andere Sonnen im Weltall auch Planeten gibt, die den Planeten unseres Sonnensystems ähneln, beschäftigt die Astronomen schon seit vielen Jahrhunderten. Man war immer geneigt, diese Frage mit „ja“ zu beantworten, obwohl man damals die Aussichten, wirklich einmal extrasolare Welten zu finden, als nicht sonderlich hoch einschätzte. Zwar gab es in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts Versuche, indirekt Planeten bei besonders nahen Sternen aufzuspüren. Man vermutete z.B. anhand der präzisen Vermessung der Eigenbewegung, daß Barnards Stern im Sternbild Ophiuchus von mindestens zwei Planeten umkreist wird. Diese Vermutung stützte sich auf langjährige astrometrische Untersuchungen der Eigenbewegung durch Peter van de Kamp (1901-1995), der im Sproul-Observatorium am Swarthmore College in Philadelphia arbeitete. Eine genaue Revision seiner Messungen in den Jahren 1973 bis 1999 (zuletzt auch mit dem Hubble-Raumteleskop) ergab jedoch, daß er offensichtlich einem systematischen Fehler aufgesessen war und Barnards Pfeilstern definitiv keine Planeten in dem von ihm angegebenen Massebereich besitzt.
Die Situation hat sich jedoch seit 1995, als der erste (echte) Exoplanet durch Wissenschaftler der Universität Genf (Michel Mayor, Didier Queloz) entdeckt wurde, grundlegend verändert. Sie untersuchten damals das Spektrum des relativ nahen (Entfernung 42 Lichtjahre) und ziemlich sonnenähnlichen Stern 51 Pegasi und bestimmten mit Hilfe der Radialgeschwindigkeitsmethode seine Bahn im Raum. Dabei konnten sie eine periodische Variation der Radialgeschwindigkeit feststellen, die sich am besten mit der Existenz eines Planeten von ca. 0.6 Jupitermassen in einer Entfernung von 0.05 AU vom Mutterstern erklären läßt. Diese Entdeckung gilt heute als weitgehend gesichert.
Die Suche nach extraterrestrischen Planeten, die sich um Sterne unserer näheren und ferneren kosmischen Umgebung bewegen, ist seitdem ein selbständiges und außerge-wöhnlich schnell wachsendes Forschungsgebiet innerhalb der beobachtenden als auch theoretischen Astronomie geworden. Als Motivation mag dabei die Hoffnung mitschwingen, irgendwann einmal einen Planeten zu finden, der in seinen Eigenschaften und Parametern in etwa unserer Erde gleicht. Obwohl letzteres Ziel noch nicht einmal ansatzweise erreicht ist, hat man jedoch im indirekten Nachweis von Exoplaneten, insbesondere des Typs „heißer Jupiter“, in den letzten Jahrzehnten überaus ermutigende Erfolge erzielen können. Heute (Okt. 2010) enthält die Liste der mehr oder weniger sicheren Exoplaneten bereits über 490 Eintragungen, die sich auf ca. 410 extraterrestrische Planetensysteme verteilen - und diese Liste wird aufgrund ausgeklügelter Überwachungsprogramme und speziell dafür ausgelegter Beobachtungssatelliten wie COROT und Kepler von Woche zu Woche länger. Damit vergrößert sich mehr und mehr die statistische Basis für kosmogonische Untersuchungen, was wiederum dazu beiträgt, die Entstehung und Entwicklung unseres eigenen Planetensystems besser zu verstehen. Es soll dabei keinesfalls verschwiegen werden, daß in dieser Beziehung die ersten Resultate eher verwirrend ausgefallen sind. Wohlgeordnete Planetensysteme mit einem „silikatischen“ inneren Teil und einen aus riesigen Gasplaneten bestehenden äußeren Teil scheinen eher eine Ausnahme als die Regel zu sein. Zu klären, warum das so ist, gehört mit zu den schwierigeren Problemstellungen der Planetenkosmogonie. Auch die völlig überraschende Entdeckung von Exoplaneten, die ihren Heimatstern entgegen dessen Rotationsrichtung umlaufen, erfordert eine plausible Erklärung. Sollte es sich herausstellen, daß diese Planeten zusammen mit ihrer Sonne in einer zirkumstellaren Gas- und Staubscheibe entstanden sind, so hätte dies gravierende Auswirkungen auf die etablierte Theorie der Planetenentstehung.
2010 konnte dann auch das erste Spektrum eines Exoplaneten, und zwar daß des Planeten „c“ im System HR 8799, fotografiert werden (M.Jonson et.al. 2010). Diese Meisterleistung an Beobachtungskunst gelang mit Hilfe des adaptiven Optiksystems NACO am Mt. Paranal-Obser-vatorium. Daraus ließ sich u.a. ableiten, daß dieser Planet ungefähr eine Temperatur von 1100 K besitzt und daß seine heiße Atmosphäre wahrscheinlich eine große Menge an „Staub“ enthält, welches das Spektrum auf eine unerwartete Weise modifiziert. Auf jeden Fall konnte aber gezeigt werden, daß auch mit der bestehenden Technik direkte Beobachtungen von fremden Planeten möglich sind und uns sich damit neue Welten erschließen, für die es in unserem Sonnensystem keine Beispiele gibt.
Methoden zum Nachweis extrasolarer Planetensysteme
Die Suche nach extrasolaren Planetensystemen ist immer noch ein schwieriges Geschäft nahe der Grenze des tech-nisch Machbaren. Deshalb ist es nicht verwunderlich, daß bis heute in erster Linie Exoplaneten der sogenannten „Jupiterklasse“ entdeckt wurden und der Nachweis von erdähnlichen Planeten (was zumindest ihre Masse betrifft) aufgrund der oftmals noch nicht ausreichenden Empfindlichkeit der verfügbaren Meßverfahren weiterhin eine große Herausforderung bleibt. Vielleicht gelingt der endgültige Durchbruch bei den laufenden bzw. geplanten Satellitenmissionen, die nur zu diesem Zweck entwickelt wurden bzw. werden (z.B. COROT (Convection Rotation and Planetary Transits), Kepler, TPF (Terrestrial Planet Finder), oder als absolutes Zukunftsprojekt EEI (Exo Earth Imager)).
Zum Nachweis extrasolarer Planetensysteme bieten sich eine ganze Anzahl von Methoden an, die im Folgenden besprochen werden sollen. Die älteste Methode ist die klassische Astrometrie. Indem man über längere Zeiträume hinweg die scheinbare Bahn von Sternen aufgrund ihrer Eigenbewegung am Himmel verfolgt, hofft man eine Art „Wackelbewegung“ festzustellen, die durch die wahre Bewegung des Systems Stern - Planet (en) um ihren gemeinsamen Schwerpunkt entsteht. Daß dabei selbst sorgfältigstes Arbeiten zu falschen Ergebnissen führen kann, zeigen die Untersuchungen an Barnards Pfeilstern. Diese Methode ist aufgrund der Kleinheit des zu erwarteten Effektes sowieso nur für die wenigen Sterne in unmittelbarer Sonnennähe akzeptabel. Einfacher und erfolgversprechender ist dagegen die sogenannte Radialgeschwindigkeitsmethode. Im Prinzip ähnelt sie der Astrometriemethode, weil auch hier die zyklische Bewegung des Sterns um das Baryzentrum Stern - Planet (en) gemessen wird. Nur wendet man hier den Dopplereffekt an, der sich bekanntlich in einer zyklischen Rot- und Blauverschiebung der Spektrallinien bemerkbar macht. Ein Großteil der heute bekannten extrasolaren Planetensysteme wurden übrigens mit dieser Methode entdeckt.
Im Jahre 2004 konnte man einen sogenannten Venus-durchgang beobachten. Auch wenn es einen beim Blick durch das Fernrohr nicht unbedingt bewußt geworden ist, die kleine dunkle Venusscheibe von rund einer Bogenminute Durchmesser hat das Licht der Sonne bei ihrer Wanderung über die Sonnenscheibe meßbar abgeschwächt. Eine derartige Abschwächung bei solch einer „Mini-Planetenfinsternis“ läßt sich natürlich auch bei Sternen beobachten, bei denen wir zufällig genau auf die Kante der Bahnebene eines ihrer Planeten blicken. Der Helligkeitseinbruch ist zumindest bei Planeten der Jupiterklasse meistens ausreichend, um mit empfindlichen photometrischen Methoden gemessen werden zu können. Der erste Planetenfund via Transitmethode gelang 1999 und wurde zum Ausgangspunkt mehrerer ehrgeiziger Suchkampagnen. Zu nennen sind hier besonders die Satellitenmissionen COROT und Kepler, die nach dem Motto „die Masse machts“ arbeiten. COROT z.B. (ein französisches Weltraumteleskop) überwacht gleichzeitig über 12000 Einzelsterne und ermittelt dabei eventuell durch Planetentransients hervorgerufene Helligkeitsänderungen. Das Weltraumteleskop „Kepler“ der NASA (ein 1.4 m großer Schmidtspiegel mit einer Korrektionsplatte von 95 Zentimeter Durchmesser) arbeitet nach dem gleichen Betrieb und befindet sich seit 2009 im Kosmos. Beide konnten schon eine Anzahl von Exoplaneten entdecken. Aber auch ein Großteil „irdischer“ Beobachtungsprogramme (z.T. sogar von Amateurastronomen betrieben) nutzt dieses Verfahren zur Exoplanetensuche bzw. zu deren Überwachung.
Einen anderen Weg, der besonders in den dichten Sternwolken der südlichen Milchstraße erfolgversprechend ist, ist die Suche nach Gravitationslinsenereignissen. Dabei wird ein weiterer Sekundäreffekt ausgenutzt, bei dem durch die Schwerkraft des Systems Stern + Planet das Licht eines genau dahinterliegenden Sterns kurzzeitig verstärkt wird. Der Planet bewirkt dabei eine Modifikation des photometrischen Signals auf eine ganz bestimmte Art und Weise, woraus man dann auf seine Existenz schließen kann. Das bekannteste (und auch erfolgreichste) Projekt ist OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment), welches ursprünglich zwar nicht zur Suche nach extrasolaren Planeten konzipiert war, welches sich aber besonders in der dritten und vierten Ausbaustufe gerade für diesen Zweck als besonders geeignet erwiesen hat. Es verwendet Teleskope der Ein-Meter-Klasse (z.B. das 1.3 m Warsaw Telescope) im Las Campanas-Observatorium in Chile in Verbindung mit hochempfindlichen und photometriegenauen CCD-Kameras zur Entdeckung solcher Ereignisse.
2004 gelang mit der Methode des Microlensing der erste Nachweis eines Planeten bei einem Stern, der ca. 15000 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Mittlerweile konnte OGLE mehr als ein Dutzend Exoplaneten entdecken und weitere, nach der gleichen Methode arbeitende Suchprogramme wurden aufgelegt (z.B. uFun-Planet collaboration).
Mit dem Einsatz von Forschungssatelliten eröffnen sich weitere Möglichkeiten bei der Suche nach Exoplaneten. Mit Hilfe von interferometrischen Methoden („Nulling“) erwartet man die direkte optische Abbildung von Planeten und letztendlich deren spektroskopische Untersuchung, um Informationen über ihren Aufbau bzw. den Aufbau ihrer Gashüllen zu erhalten. Aber auch die detaillierte Untersuchungen von protostellaren Staubscheiben, aus denen nach heutigen Vorstellungen Planeten entstehen, gehören mit zu den zu behandelnden Fragenkomplexen.
Nächster Post (2) Astrometrie und Radialgeschwindigkeitsmethode
Download: Komplette Zusammenfassung "Exoplaneten"
Hinweis: Alle Postings finden Sie über die Randleiste des Blogs unter "Beliebte Reihen"
www.wincontact32.de WINcontact 32 - Blog
Keine Kommentare:
Kommentar veröffentlichen