Die Suche jenseits unserer Sonne: Exoplaneten vom James Webb-Weltraumteleskop

Das James Webb-Weltraumteleskop im Bau vor seinem Start im Jahr 2022. (NASA)

Autor des Beitrags - Erik Wells

Sind wir allein im Universum? Gibt es Leben außerhalb unseres Sonnensystems? Und wenn ja, welchen Platz nimmt der Mensch darin ein? Diese Fragen beschäftigen und inspirieren Philosophen, Künstler und die eher existenziell denkenden Studenten seit Jahrhunderten. Ein Großteil dieser Zeit wurde mit dem Nachdenken über diese Ideen verbracht, doch in den letzten Jahren betrachtet eine ausgewählte Gruppe von Astronomen, die sich auf die Erforschung von Exoplaneten spezialisiert haben, diese als treibende Kraft hinter ihrer Arbeit – und als zunehmende Quelle ihrer Frustration.

Unsere Fähigkeit, Exoplaneten (Planeten außerhalb unseres Sonnensystems) zu entdecken, hat sich mit dem Start des James Webb Space Telescope (JWST) im Jahr 2021 deutlich verbessert. Jedes Mal, wenn ein Planet vor seinem Stern kreist, nimmt dessen Helligkeit vorübergehend ab. Ein kleiner Teil des Sternenlichts durchdringt die Atmosphäre des Planeten, wo atmosphärische Chemikalien bestimmte Wellenlängen absorbieren und Lücken im Lichtspektrum hinterlassen. Mithilfe der sogenannten Transitmethode kann das JWST diese Lücken auf Anzeichen von Kohlendioxid, Wasser und anderen für das Gedeihen von Leben notwendigen Molekülen untersuchen.

Leider sind die Planeten, die der Erde in Größe und Zusammensetzung am ähnlichsten sind, mit dieser Methode oft am schwierigsten zu beobachten. Stellen Sie sich vor, jemand auf einem anderen Planeten würde versuchen, die Erde nach Lebenszeichen zu untersuchen: Wir ziehen nur einmal im Jahr vor unserer Sonne vorbei, und wenn dies geschieht, ist der daraus resultierende Helligkeitsabfall aufgrund der schieren Kraft der Sonne praktisch vernachlässigbar.

Daher haben Wissenschaftler ihre Suche über die Suche nach „Erdzwillingen“ hinaus erweitert und konzentrieren sich nun verstärkt auf M-Zwerge. Dabei handelt es sich um kleine rote Zwergsterne, die nur 10 bis 60 Prozent der Größe der Sonne und etwa 7 Prozent ihrer Helligkeit erreichen. Diese Sterne sind kühl und dunkel und drohen nie, ihre Planeten mit Licht zu überfluten, obwohl ihre Umlaufbahnen deutlich enger sind als die der Erde. Die meisten Exoplaneten in diesen Systemen umkreisen ihren Stern mindestens alle paar Wochen. Da sich in den 60 erdnächsten Sternen 50 M-Zwerge befinden, bedeutet dies, dass höchstens alle paar Stunden ein Exoplanet irgendwo vorbeizieht.

Von besonderem Interesse ist das TRAPPIST-1-System. Die Planeten in diesem System sind gezeitengebunden, was bedeutet, dass die Hemisphären in permanenter sengender Hitze bzw. ständigem Frost gefangen sind. Zwischen diesen beiden Zonen befindet sich jedoch ein schmaler Streifen gemäßigten Klimas, in dem es ewigen Sonnenuntergang (oder Sonnenaufgang, je nach Betrachtungsweise) gibt. Vier dieser sieben Planeten befinden sich in einer potenziell bewohnbaren Zone, weshalb dieses System unsere beste Wahl für die Suche nach einem Planeten ist, auf dem Leben möglich ist.

Vier der sieben Planeten im TRAPPIST-1-System befinden sich in einer potenziell bewohnbaren Zone. (NASA/JPL-Caltech)

Etwa 30 % der Zeit des JWST wird der Erforschung von Exoplaneten gewidmet. Bisher wurden nur 175 Stunden mit dem TRAPPIST-1-System verbracht, doch es wurde bereits viel gelernt. Leider konnten aufgrund der launischen Natur von M-Zwergen viele der in dieser Zeit gesammelten Daten bisher nicht entschlüsselt werden. Glücklicherweise wird das JWST voraussichtlich noch weitere 18 Jahre im Einsatz sein, also doppelt so lange wie ursprünglich 10 Jahre. Es bleibt also noch viel Zeit für weitere Erkundungen.

Die Suche nach anderen bewohnbaren Planeten wird viel Zeit in Anspruch nehmen, bevor wir überhaupt mit der Bestimmung ihrer Bewohnbarkeit beginnen können. Laut René Doyon von der Universität Montreal ist LHS 1140b, eine wässrige „Supererde“, die von einem globalen Ozean bedeckt ist, eine Möglichkeit außerhalb des TRAPPIST-1-Systems. Von Doyons sechs ausgewählten Planeten hat LHS 1140b mit der größten Wahrscheinlichkeit eine Atmosphäre behalten, befindet sich jedoch nur viermal im Jahr auf Transit-Tour. Da ein Dutzend Transits nötig sind, um genügend Daten über den Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre zu sammeln, würde es drei Jahre dauern, bis wir Gewissheit haben – vorausgesetzt, das JWST wird überhaupt für die Beobachtung von 1140b bei jedem Transit zugeteilt.

Die Suche nach Leben jenseits unserer Sonne ist immer spannend, aber oft auch frustrierend. Doch hoffentlich spornt uns das Warten auf Antworten an, Maßnahmen zum Schutz unseres eigenen Planeten zu ergreifen, damit wir nicht auf einen anderen angewiesen sind.

Möchten Sie immer noch die Sterne erkunden? Schauen Sie sich hier unsere Luft- und Raumfahrtsammlung an, um mehr über NASA-Missionen, das Apollo-11-Programm und sogar Meteoritenfragmente zu erfahren!