Das Kepler-Weltraumteleskop hat 20 neue Exoplaneten entdeckt, die schwache kleine Sterne umkreisen. Fünf von ihnen befinden sich in der bewohnbaren Zone. Das heißt, wo es flüssiges Wasser und Leben selbst geben kann. Das Kepler-Team gab dies auf einem gemeinsamen Treffen der Planetary Research Division der American Astronomical Society und des European Planetary Congress bekannt.
Neue Planeten von der Größe der Erde, manchmal etwas kleiner, manchmal größer, wie Neptun (diese werden Supererden genannt). Sie eignen sich auch für uns, um dort zu wohnen, ohne sich vor übermäßiger Anziehung zu bücken und ohne vor außergewöhnlicher Leichtigkeit in den Weltraum zu fliegen. Sie drehen sich um sehr kleine Sterne - orangefarbene und rote Zwerge der Klassen K und M. Diese Sterne sind Parasiten, die Wissenschaftler daran hindern, etwas Bedeutendes zu beobachten. Auf jeden Fall taufte Courtney Dressing, der Astronom von Caltech, der die Entdeckung präsentierte, sie.
Sie sind in der Tat allgegenwärtig: Bis zu drei Viertel der Sterne in der Galaxie sind rote Zwerge. Ungefähr 250 sind nahe, innerhalb von 30 Lichtjahren von unserer Sonne entfernt (was im Vergleich zu ihnen zehnmal so groß ist). Courtney selbst, jung und hübsch, besteht darauf, dass bewohnbare Planeten in der Nähe derart dunkler Sterne gesucht werden. In den letzten Jahren ist dies zu einem Trend oder Mainstream geworden.
Also, rote Zwerge. Schwache Sterne, die weniger als zehn Prozent der Sonnenmasse ausmachen, und ihre Photosphärentemperatur beträgt 3500 Kelvin und weniger, was fast der Hälfte der Sonne entspricht. Hypothetisch gesehen können sie jedoch noch eine Billion Jahre leben, was über den Horizont der gewalttätigsten Vorstellungskraft hinausgeht. Das gesamte Universum begann erst vor 13,8 Milliarden Jahren. In dieser Zeit wurden viele Sterne geboren und starben, und Zwerge wollen hunderte Male länger existieren. Keiner der Physiker wird sich verpflichten, vorherzusagen, was so lange mit der Welt geschehen wird, aber wenn alles "wie zuvor" bleibt, kann das Leben in Sternen der M-Klasse mit hoher Wahrscheinlichkeit entstehen. Wenn nicht schon gedacht.
Kepler-20f ist ein Exoplanet, der den Stern Kepler-20 im Sternbild Lyra umkreist. Masse - 0,66 Erdmassen. Die Umlaufbahn ist die vierte vom Elternstern. Ein Jahr auf dem Planeten dauert 19 Erdentage
Foto: NASA / Kepler-Mission
Auf der Suche nach fremdem Leben wechseln sich die Hoffnungen der Erdbewohner mit Enttäuschungen ab. Niemand schreibt dem Außerirdischen Botschaften an den irdischen Geist, nirgends sehen wir klare Spuren selbst primitiver Organismen. Auf den Mars hoffen - fast stehen geblieben. Jetzt hoffen wir auf Europa, den Mond des Jupiter. Vor allem aber besteht die Hoffnung natürlich auf Exoplaneten (Planeten, die einen Stern umkreisen, der nicht die Sonne ist).
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Der erste Exoplanet wurde 1990 vom polnischen Astronomen Alexander Wolschan entdeckt. Er berechnete, dass einer der Neutronensterne zwei Planeten hat, die größer als die Erde sind: einer 3,4-mal, der andere 2,8-mal. Seitdem wurden viele Planeten in der Nähe anderer Sterne entdeckt, und heute sind zusammen mit Kandidaten (noch nicht bestätigte Signale) etwa fünftausend von ihnen bekannt.
Was ist dann die Sensation? Die Tatsache, dass mehrere Planeten gleichzeitig erdähnlich und in der bewohnbaren Zone waren. Solche Entdeckungen sind immer noch selten, obwohl das Gefühl besteht, dass sie hier begonnen haben. Zum Beispiel wurde im Sommer ein erdähnlicher Planet in der Nähe des uns am nächsten gelegenen Sterns gefunden - des Roten Zwergs Proxima Centauri. Sie wurde aus den Beobachtungen des La Silla Observatoriums in Chile berechnet.
Das Kepler-Teleskop bleibt jedoch der Hauptanbieter von Nachrichten über Welten außerhalb des Sonnensystems. Warum hat er kürzlich begonnen, so viele erdgroße Planeten und Supererden zu finden? Roman Rafikov, Professor für Astrophysik an der Universität von Cambridge (UK) und am Institute for Advanced Study (Princeton, USA), beantwortete diese Frage in unserer Zeitschrift:
- Ich würde nicht sagen, dass dies ein aktueller Trend ist. Kepler öffnete sie fast von Beginn der Mission an, und das sind bereits fünf Jahre. Er war natürlich der erste, der große Planeten wie Jupiter fand, die beim Überqueren der Sternscheibe das stärkste Signal geben. Das Transitsignal von einem Planeten wie der Erde ist signifikant, einmal in 100, schwächer, daher müssen Sie für solche Ereignisse viele Transite verfolgen, um Statistiken zu sammeln. Es dauerte einige Zeit, aber von Beginn der Mission an produzierte Kepler Planeten wie Neptun und erdnahe Planeten.
Teil des optischen Systems des Kepler-Weltraumteleskops
Foto: NASA / Kepler-Mission
Beobachtungen von Sternen mit einer Masse unter der Sonne sind insofern gut, als ein kleiner Planet während des Transits einen größeren Teil der Sternscheibe bedeckt als während des Transits eines Sterns wie der Sonne. Der relative Abfall der Helligkeit des Sterns ist nämlich ein Signal während des Transits. Daher ist es immer einfacher, dort auch kleine Planeten zu finden. Es gibt spezielle Projekte, zum Beispiel MEarth, die sich auf solche Systeme spezialisiert haben.
Gibt es dort Leben? Die Frage zum gegenwärtigen Stand der Forschung ist zweigeteilt. Erstens: ist es dort grundsätzlich möglich? Zweitens: Können wir es erkennen?
Beginnen wir mit dem ersten. Die bewohnbare Zone ist ein eher primitives Konzept. Es ist nur der Bereich um einen Stern, in dem Wasser auf der Oberfläche des Planeten in flüssiger Form existieren kann. Nicht zu nah, damit sich das Wasser in Dampf verwandeln kann, und nicht zu weit weg, um zu gefrieren. Es gibt Wasser - es gibt biochemische Reaktionen in den Zellen. Wir haben dieses Konzept aus dem einfachen Grund eingeführt, dass wir kein anderes Leben als das irdische gesehen haben. Deshalb suchen wir nach einem ähnlichen.
Rote Zwerge sind schwache, kalte Sterne. Ihre bewohnbare Zone ist viel näher als die der Sonne. Wenn wir dort leben würden, müsste sich die Erde in der Umlaufbahn des Merkur bewegen, um genügend Wärme zu erhalten. Und es würde Probleme geben. Das offensichtlichste ist Strahlung: Röntgenstrahlen, starke Fackeln. Nur die Atmosphäre und bei Fackeln das Magnetfeld können dagegen schützen.
Ein weiteres Problem ist die Schwerkraft einer nahe gelegenen Leuchte. Seine Gezeitenkräfte können die Rotation des Planeten auf die gleiche Weise verlangsamen, wie die Erde den Mond verlangsamt hat (weshalb unser Satellit immer mit einer Seite zu uns gedreht wird). Dann würde es immer einen heißen Tag auf der einen Seite des Planeten und eine gefrorene kosmische Nacht auf der anderen Seite geben. Solche Bedingungen tragen natürlich nicht zur Entstehung des Lebens bei, aber es gibt eine Option, wenn der Planet mit der Schwerkraft des Sterns in Resonanz gerät und sich immer noch dreht, wie es bei Merkur geschehen ist. Das dritte Problem ist der Sternwind: Ströme geladener Teilchen, die aus einem roten Zwerg entweichen, könnten die Atmosphäre über Milliarden von Jahren einfach in den Weltraum blasen.
Der Planet Proxima b dreht sich um den Stern von Proxima Centauri in der bewohnbaren Zone
Foto: ESA / Hubble & NASA
Es gibt Modelle, um diese Schwierigkeiten zu umgehen. Und da es Modelle gibt, könnten sie irgendwo in der Galaxie realisiert werden. Besonders wenn man die Anzahl der kleinen Sterne und Planeten um sie herum betrachtet (nach modernen Schätzungen gibt es Dutzende, wenn nicht Hunderte von Milliarden).
Nehmen wir an, es gibt Leben auf einem dieser Planeten, das in der Biochemie der Erde ähnlich ist. Was sind die Zeichen, um es zu finden? Die Antwort lautet: Beweisen Sie zuerst das Vorhandensein von flüssigem Wasser und einer Atmosphäre und suchen Sie dann nach Biomarkern, von denen der erste freier Sauerstoff ist. Tatsache ist, dass Sauerstoff in der Atmosphäre fast ausschließlich durch Photosynthese lebender Organismen entstehen kann. Natürlich erzeugen es auch physikalische und chemische Prozesse, jedoch nicht in solchen Mengen. Es müssen mehrere Bedingungen erfüllt sein, damit dieses Gas von selbst auftritt. Wenn sich Sauerstoff in der Atmosphäre befindet, sind die Chancen auf Bewohnbarkeit im Allgemeinen stark erhöht. Bisher wurden keine derartigen Planeten gefunden. Ist es grundsätzlich möglich, ihre Atmosphäre zu untersuchen? Also - mit terrestrischen Teleskopen und Observatorien im nahen Weltraum?
"Es stellt sich heraus, dass etwas bereits jetzt möglich ist", sagt Roman Rafikov. - Zum Beispiel enthält das kürzlich entdeckte TRAPPIST-1-System drei Planeten mit einer Größe in der Größenordnung der Erde, die in kurzen Umlaufbahnen - eineinhalb und zwei Tage für zwei innere Planeten - um einen Zwergstern kreisen. Seine Masse beträgt 8% und sein Radius 11% der Sonne, die Leuchtkraft ist 2000-mal geringer als die der Sonne. In diesem Fall ist der Stern 40 Lichtjahre von uns entfernt, sehr nah.
Kürzlich hat ein internationales Forscherteam das Hubble-Weltraumteleskop verwendet, um die Atmosphäre dieser Planeten mithilfe von Transmissionsspektroskopie zu untersuchen. Bei dieser Methode werden Beobachtungen während des Transits durchgeführt - die Absorption von Sternenlicht in der Atmosphäre des Planeten wird bei Wellenlängen gemessen, die den darin enthaltenen chemischen Elementen entsprechen. Dies ist eine sehr schwierige Beobachtung, da nur ein kleiner Teil der Atmosphäre am Glied des Planeten beteiligt ist. In diesem Fall warteten die Beobachter, um das Signal zu verstärken, bis beide inneren Planeten - die sich in der bewohnbaren Zone befinden - gleichzeitig die Scheibe des Sterns passierten. Ihr kombiniertes Signal wurde gemessen. Gute Idee.
Das Ergebnis zeigte, dass diese Planeten keine ausgedehnten Wasserstoffatmosphären ohne Wolken enthalten können. Es bleiben aber auch andere Möglichkeiten - zum Beispiel eine stark bewölkte Atmosphäre wie die venusianische oder eine Atmosphäre aus Wasserdampf. Der Spielraum für weitere Forschungen dieses Planetensystems ist also riesig.
In Zukunft wird das neue amerikanische Infrarot-Teleskop JWST (James Webb Space Telescope, dessen Inbetriebnahme für 2018 geplant ist) solche Beobachtungen mehr oder weniger routinemäßig durchführen.
Und was? Wir halten unsere Fäuste. Wir warten.
Spiegel des Weltraumteleskops JWST (James Webb Space Telescope)
Foto: NASA
