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...dann hat sie vielleicht ein anderer Planet aufgehalten.

Das sich die Planeten nicht so exakt bewegen, wie ein Uhrwerk, wissen wir spätestens seit den Arbeiten von Henri Poincaré aus dem Jahr 1889. Die Störungen im scheinbar regelmäßigen Ablauf der Planetenbewegung können aber durchaus auch praktisch sein: nämlich dann, wenn man neue Planeten entdecken will.

Wie man Planeten findet

Will man außerhalb unseres Sonnensystems neue Planeten entdecken, dann muß man kreativ sein. Eine direkte Beobachtung ist extrem schwierig und funktioniert nur selten. Die Astronomen haben sich daher die verschiedensten Methoden für einen indirekten Nachweis von Exoplaneten ausgedacht. Bisher am erfolgreichsten war die Radialgeschwindigkeitsmethode, bei der man die Tatsache ausnützt, dass ein Stern ein klein wenig "wackelt", wenn er von einem Planeten umkreist wird. Aber auch die Transitmethode wird immer wichtiger. 

Hier beobachtet man die Helligkeit der Sterne und misst, ob die sich verändert. Das tut sie natürlich so gut wie immer - kaum ein Stern hat immer exakt konstant die selbe Helligkeit. Aber interessant wird es immer dann, wenn sich die Lichtmenge periodisch ändert. Wenn das passiert, ist es erstmal wahrscheinlich, dass man einen veränderlichen Stern entdeckt hat. Es gibt verschiedenste Gründe, warum sich die Helligkeit eines Sterns periodisch ändert - manchmal sind es interne Vorgänge (z.B. Pulsationsveränderliche), manchmal aber auch externe Gründe wie z.B. bei den Bedeckungsveränderlichen. Da umkreisen sich 2 Sterne gegenseitig und mal bedeckt der eine anderen, mal der andere den einen. Und dadurch ändert sich natürlich die Gesamthelligkeit, die wir auf der Erde beobachten können.

Aber manchmal hat man Glück. Manchmal beobachtet man nur eine ganz kleine, periodisch auftretende Helligkeitsveränderung. Man sieht, wie eine Stern für kurze Zeit dunkler wird, seine Helligkeit verringert sich dabei vielleicht nur um Bruchteile eines Prozent (alleine, das wir so etwas mittlerweile messen können, ist eine geniale Leistung!). Natürlich gibt es immer noch mehrere Möglichkeiten, zu erklären, was man hier beobachtet: aber vielleicht war es ein extrasolarer Planet!

Wenn das Planetensystem des fremden Sterns zufälligerweise gerade so orientiert ist, das wir von der Erde aus genau auf dessen "Kante" sehen, dann kann es vorkommen, dass ein Planet genau in unserer Sichtlinie vor dem Stern vorbeizieht. Dabei verdeckt er ein winziges Stückchen der Sternenscheibe und es gelangt weniger Licht zu uns. Und das kann man messen!

Hier ist ein Beispiel für so eine Entdeckung beim Stern HD 209458:

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Man sieht deutlich, wie während des Transits die Helligkeit des Sterns absinkt. Die animierte Lichtkurve zeigt übrigens echte Messwerte; die Simulation des Planetentransits darüber ist natürlich nur eine künstlerische Darstellung - so etwas kann man in Wirklichkeit nicht beobachten!

Aus Lichtkurven werden Planeten


Aus diesen Lichtkurven kann man die Parameter des Planeten bestimmen. Das ist absolut nicht trivial. Um aus der Helligkeitsänderung eines Sterns auf Bahn und Masse eines ihn umkreisenden Planeten zu schließen, muss man sehr komplexe Analysen durchführen und viel mit Modellen und Simulation arbeiten (Ludmila hat ein bisschen was darüber geschrieben).

Dafür ist es wichtig, den Transit nicht nur einmal, sondern möglichst oft zu beobachten. Je mehr Daten man hat, desto genauer werden die Analysen. Natürlich ist das schwierig - denn das bedeutet, dass man das Teleskop genau im richtigen Augenblick auf den Stern richten muss. Aber dann regnet es vielleicht gerade. Oder der Transit findet nicht in der Nacht, sondern am Tag statt. Oder ein Kollege braucht das Teleskop für seine wichtige Forschung. Aber irgendwann (meist viele Monate später) hat man es dann geschafft und ausreichend Daten zusammengetragen. Einer der Parameter, die man dann möglichst genau bestimmen möchte, ist die Umlaufzeit des Planeten. Dazu muß man z.B. den Zeitpunkt, an dem der Planet exakt in der Mitte vor dem Stern steht, möglichst genau bestimmen (an der Kurve oben sieht man schon, wie schwierig das werden kann).

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Kommentare (16)

  1. #1 GeMa
    15. Januar 2009

    Super erklärt, Danke!

  2. #2 isnochys
    15. Januar 2009

    Und wiedermal danke für die Erklärung!
    🙂

  3. #3 AlteWeser
    15. Januar 2009

    Klasse, es macht einfach Spaß, Deine Erklärungen zu lesen. Danke.

  4. #4 Fischer
    15. Januar 2009

    Unpünktliche Planeten? Das ist doch bestimmt wieder so eine unterschwellige Stichelei gegen Astrologen… 😉

    Sehr schöner Artikel. Kommt gleich mal in die Vorauswahl für die Auslese 2009.

  5. #5 Ludmila
    15. Januar 2009

    @Florian: Hast Du ein paar Berechnungen für die CoRoT-Planeten gemacht? Auf was für Werte kommst Du da? Schick mir mal was rüber und ich kann Dir vielleicht sagen, ob und wann wir das was sehen.

  6. #6 Hans
    15. Januar 2009

    Wirklich sehr interessant, prima Artikel! Ganz herzlichen Dank & weiter so!

  7. #7 Florian Freistetter
    15. Januar 2009

    @Ludmila: Ne, CoRoT ist nix dabei, bis jetzt. Bin auch gerade erst am Anfang, noch in der Testphase (Hab dafür einen der TrES-Planeten genommen, glaub ich). Aber wenn es dann darum geht, konkrete Targets auszuwählen, hatte ich eh vor, bei den Beobachtern nachzufragen, ob sie konkrete Wünsche haben 😉

  8. #8 Ludmila
    15. Januar 2009

    @Florian: Ich kann Dir genau sagen, welche Wünsche wir von der CoRoT-Seite hätten. Denn an dem Transit-Timing für CoRoT arbeite ich gerade und wenn Du da was Schönes hast, dann könnten wir das in eines unserer Paper aufnehmen. Oder ein neues basteln?

  9. #9 androcles
    16. Januar 2009

    Viel Spaß mit dem auf dieser Seite ganz unten angegebenen frei verfügbaren Programm COPERNIKUS.
    Es wird sicherlich Licht in so manch sehr trübes Gehirn bringen 🙂
    http://www.androcles01.pwp.blueyonder.co.uk/Copernicus/LCV.htm

  10. #10 Peter Piper
    16. Januar 2009

    Hallo Florian,

    darf man den mal nachfragen, welche physikalischen Modelle du bei deinen Berechnungen zu grunde legst?

    Peter Piper (übrigens ein englischer Name!)

  11. #11 Florian Freistetter
    16. Januar 2009

    Das hängt von der jeweiligen Situation ab. Im Allgemeinen ist es aber das eingeschränkte N-Körper-Problem; wenn mich die Masse des möglichen zusätzlichen Planeten interessiert, dann ist es das volle N-Körper-Problem.

  12. #12 Florian Freistetter
    16. Januar 2009

    bzw. falls du das gemeint hast: Ich verwenden die Newtonsche Gravitationsgleichung, die dann numerisch gelöst wird.

  13. #13 Peter Piper
    16. Januar 2009

    Hallo nochmal,

    Und wie sieht es mit der ART aus? Hast du mal versucht, die probleme auf die weise zu “lösen”? Kann man das Aussagen machen, ob Newton oder Einstein “besser” ist?

    Peter Piper

  14. #14 Florian Freistetter
    16. Januar 2009

    Klar haben die Himmelsmechaniker geprüft, bei welchen Problemen man relativistich rechnen muss und bei welchen Newton genauso gut funktioniert. Für die meisten Anwendungen reicht Newton völlig (auch für die hier beschriebene); eventuell macht man dann nachher noch eine relativistische Korrektur. Relativistisch muss man in der planetaren Dynamik nur in einigen speziellen Fällen rechnen.

  15. #15 R. Schadt
    28. Januar 2009

    Schon wieder ein Link auf ihre Seite Herr Florian Freistetter. Untätigkeit kann man ihnen nicht vorwerfen. Weitehin gute Geschäfte, Herr Florian Freistetter

  16. #16 florian
    28. Januar 2009

    @R. Schadt: “Schon wieder ein Link auf ihre Seite Herr Florian Freistetter. Untätigkeit kann man ihnen nicht vorwerfen. Weitehin gute Geschäfte, Herr Florian Freistetter”

    Wie darf ich das verstehen? Klar, Links zu meinen Seiten gibts jede Menge 😉 Aber die setzen andere, nicht ich. Und diesen Beitrag habe ich am 15. Januar geschrieben; vor bald 2 Wochen. Ich hab hier noch mehr Artikel verfasst, als diesen und den über den Maya-Kalender. Etwa 250, wenn ich mich recht erinnere.
    Aber auf was wollen sie eigentlich hinaus??

    Übrigens “Geschäfte” mache ich mit dieser Seite keine… Das ist mehr ein Hobby. Aber vom Bloggen (sie sind hier in einem Blog, falls sie das noch nicht wussten) kann so gut wie niemand leben. Ich jedenfalls nicht…
    Ach ja – sie dürfen mich auch einfach “Florian” oder meinetwegen “Herr Freistetter” nennen. “Herr Florian Freistetter” muss nicht sein – oder wenn, schon, dann aber auch “Herr Dr. Florian Freistetter” 😉