Die Entdeckungen der Exoplanetenforscher werden immer aufregender – und wir nähern uns immer mehr dem Punkt, an dem wir endlich ein System finden, das unserem Sonnensystem gleicht bzw. einem Planeten, der tatsächlich das in den Medien oft verwendete Label “zweite Erde” verdient. Angefangen hat alles 1992: die ersten Planeten außerhalb des Sonnensystem wurden damals entdeckt und sie waren so seltsam, dass man sie auch heute kaum wirklich zu den Exoplaneten zählt. 3 Jahre nach der Entdeckung dieser Pulsarplaneten fand man erstmals einen Planeten, der einen “echten” Stern; einen sogenannten “Hauptreihenstern” umkreiste. Dieser Planet, 51 Pegasi b war aber ebenfalls völlig anders als die Planeten, die wir bisher kannten. Er war viel größer als Jupiter, der größte Planet unseres Sonnensystems und er befand sich extrem nahe an seinem Stern – viel näher als Merkur, der sonnennächste Stern unsere Sonne umkreist. Auch die nächsten Entdeckungen lieferten solche seltsamen “Hot Jupiters” und erst im Laufe der nächsten Jahre und mit besserer Technik fanden wir auch Planeten, die etwas kleiner waren und sich etwas weiter weg von ihrem Stern befanden. Aber die extrasolaren Systeme waren immer noch sehr anders: wir kannten keine Planeten, die so klein waren wie unsere Erde und die Sterne wurden auch nur von einem oder zwei Planeten umkreist und nicht von 8, wie unsere Sonne.

Aber langsam tut sich was! Anfang des Jahres fand man CoRoT-7b. Dieser Planet hat eine Masse von 4,8 Erdmassen und ist damit der aktuell leichteste Exoplanet, den wir kennen. Und mit der Entdeckung des ersten Planeten, der tatsächlich nur so schwer wie unsere Erde oder gar leichter ist, ist quasi täglich zu rechnen. Und auch was die Anzahl der Planeten die einen Stern umkreisen angeht, nähern wir uns Bekanntem an. 2007 fand man den fünften Planeten, um den Stern 55 Cancri – und gestern veröffentlichte die europäische Südsternwarte ESO die Entdeckung eines Planetensystems, das aus bis zu 7 Planeten bestehen könnte!

Der Stern heisst HD 10180, ist vom gleichen Spektraltyp wie unsere Sonne und ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Christophe Lovis (Universität Genf) hat ihn mit dem großen 3,6 Meter-Teleskop der ESO in Chile und dem HARPS-Spektrographen beobachtet. Dabei fanden sie nicht nur einen Planeten – sondern gleich fünf starke Signale, die auf Planeten hindeuten!

Diese Planeten sind in etwa so schwer wie Neptun in unserem Sonnensystem. Hier ist eine Übersicht:

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Die große Halbachse, also der mittlere Abstand der Planeten vom Stern ist in astronomischen Einheiten angegeben. Die Erde hat eine Abstand von der Sonne von einer AE – die neuen Planeten bei HD10180 sind also tendentiell viel näher an ihrem Stern als die Planeten bei uns. Der äußerste Planet, HD 10180 g, hat eine Bahn die in etwa so groß ist wie die Bahn des Mars. Und in diesem engen Raum wurde viel mehr Masse gesteckt als in unserem Sonnensystem. Die Masse der Planeten ist in der Tabelle in Erdmassen angegeben. Die Planeten sind also in etwa so schwer wie Neptun (er hat die 17fache Erdmasse) – und ihre Bahnen sind ein wenig exzentrischer (d.h. sie weichen von der Kreisform ab) als die in unserem Sonnensystem.

Wirklich interessant ist aber, dass diese fünf Planeten vermutlich nicht alles sind. Die Daten zeigen, dass da vermutlich noch zwei weitere Planeten sind. Einer, viel weiter draussen, in etwa dort wo bei uns der Asteroidengürtel ist und etwas kleiner als der Saturn und einer noch viel näher am Stern. Dieser Planet hätte dann allerdings nur das 1.35fache der Erdmasse; wäre damit also der bisher kleinste Planet, den wir kennen. Und mit 7 Planeten würde HD10180 von fast genausoviel Planeten umkreist wie unsere Sonne. So sähe das System aus:

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Und hier gibt es das ganze nochmal als Video:

Bei so vielen Planeten stellt sich natürlich sofort die Frage nach der Dynamik – vor allem, wenn sie so dicht gepackt sind wie bei HD 10180. Lovis und seine Kollegen haben das natürlich auch untersucht. Sie haben die Bahnen der Planeten numerisch integriert und festgestellt, dass sie durchaus auch für lange Zeiten stabil bleiben:

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Die schwarzen Linien zeigen die Bahnen der Planeten so wie sie bestimmt wurden und die bunten Punkte geben an, wie stark diese Bahnen während 10 Millionen Jahren schwanken. Um festzustellen, ob dieses System wirklich stabil ist, muss man aber wohl noch längere Simulationen durchführen. Denn es kann durchaus sein, dass sich bei so einem engen System noch chaotische Effekte zeigen (die gibts ja sogar bei uns im Sonnensystem). Und der innerste Planet zeigt auch jetzt schon ein problematisches Verhalten:

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Hier sieht man, wie sich die Exzentrizitäten von HD 10180b (rot) und HD 10180c (grün) im Laufe der Zeit ändern. Im obersten Bild sieht man, dass sich die Exzentrizität von HD 10180b sehr schnell von 0 (kreisförmige Bahn) auf 0.4 (stark elliptische Bahn) ändert. Und je elliptischer die Bahn ist, desto größer die Chance einer Kollision und desto instabiler das System. Im mittleren Bild wurden die Effekte der allgemeinen Relativitätstheorie berücksichtigt was die chaotischen Effekte etwas abschwächt und im untersten Bild wurden auch noch die Gezeitenkräfte zwischen Stern und Planet mit einbezogen was die Schwankungen der Exzentrizität nochmal dämpft. Um ganz sicher zu gehen, ob diese Planeten tatsächlich auch für lange Zeiten stabil sind, wird man aber hier wirklich noch jede Menge numerische Simulationen durchführen müssen (mir jedenfalls wäre das hier als Beleg zu wenig).

Interessant ist es auch, sich anzusehen, ob um HD 10180 noch Platz für einen weiteren Planeten wäre. Nicht wirklich, meinen Lovis und seine Kollegen:

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Die x-Achse gibt hier wieder die große Halbachse in AE an; die y-Achse den Wert der Exzentrizität. Die Farbe zeigt an, ob für die Kombination von Halbachse und Exzentrizität eine stabile Bahn möglich wäre (blau) oder nicht (gelb/rot). Man sieht, dass bis auf die äußeren Bereiche des Systems und die Gegend ganz nahe am Stern keine zusätzlichen Planeten mehr Platz haben und das System quasi voll ist. Das gilt übrigens auch mehr oder weniger für unser Sonnensystem (auf jeden Fall für den inneren Bereich) und Lovis und seine Kollegen spekulieren deshalb, ob vielleicht jedes Planetensystem “dicht gepackt” ist. Dann würde sich auch zwangsläufig eine gewisse “Ordnung” der Planeten ergeben; so wie man auch in unserem Sonnensystem dachte, sie in Form der Titius-Bode-Reihe gefunden zu haben. Aber natürlich haben wir immer noch viel zu wenig Daten um sagen zu können, ob sich für jedes Planetensystem ein allgemeines Gesetz für die Abstände der Himmelskörper finden lässt. Auch Lovis et al. meinen:

“We do not want to speculate on ‘missing’ planets introducing gaps in the Titius-Bode-like relations, since almost anything can be fitted to the present, limited datasets if more than two free parameters are allowed.”

Wie immer gilt also: wir brauchen mehr Daten 😉 Aber wir sind auf einem guten Weg! Raumsonden wie Kepler und CoRoT werden auch weiterhin neue Planeten finden und wir werden immer mehr und immer komplettere Planetensysteme finden. Und irgendwann werden wir dann auch ein umfassendes Bild der exoplanetaren Systeme haben und wissen, ob unser Sonnensystem ein Spezialfall ist oder nur eines von vielen…

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Kommentare (21)

  1. #1 JV
    25. August 2010

    Echt interessant. Ich habe mal eine Frage: Diese Planeten-/Sonnennamen, die ja immer etwas “kryptisch” sind, woher stammen die?

    Also nehmen wir mal “HD 10180”, ist das eine Abkürzung für etwas? Fortlaufende Nummer? Oder wie setzt sich die Bezeichnung zusammen?

  2. #2 Bullet
    25. August 2010

    Huhu Florian. Die beiden Tabellen mit den Planetendaten sind vertauscht. 🙂

  3. #3 Florian Freistetter
    25. August 2010

    @Bullet: Danke!

    @JV: In diesem Fall ist es ein Stern, der aus dem Henry Draper Katalog stammt. Es gibt da nen ganzen Haufen verschiedener Kataloge und dementsprechend auch verschiedene Arten der Benennung.

  4. #4 Kilian
    25. August 2010

    “Die große Halbachse, also der mittlere Abstand der Planeten vom Stern ist in astronomischen Einheiten angegeben. Die Erde hat eine Abstand von der Sonne von einer AE – die neuen Planeten bei HD10180 sind also tendentiell viel näher an ihrem Stern als die Planeten bei uns. Der äußerste Planet, HD 10180 f, hat eine Bahn die in etwa so groß ist wie die Bahn des Mars”

    Ist der äußerste Planet nicht, HD 10180 g?
    Planet, HD 10180 f, hat ja eine mittlere Halbachse von 0.49, also waere er naeher an seinem Stern als die Erde, und hat somit garantiert nicht Mars zur Sonne.

  5. #5 Florian Freistetter
    25. August 2010

    @Kilian: Danke, hab ich geändert.

  6. #6 JV
    25. August 2010

    “@JV: In diesem Fall ist es ein Stern, der aus dem Henry Draper Katalog stammt. Es gibt da nen ganzen Haufen verschiedener Kataloge und dementsprechend auch verschiedene Arten der Benennung.”

    Heißt das, ein und derselbe Stern können unterschiedliche Namen haben? Wie verwirrend…

  7. #7 BK
    25. August 2010

    @ JV…na ja “Name” wär glaub ich zu viel gesagt….ist ja nur ne Katalognummer, und da gibts halt unterschiedliche 😉
    HD 10180 ist außerdem noch:
    Córdoba-Durchmusterung CD −61° 285
    SAO-Katalog SAO 248411
    Tycho-Katalog TYC 8850-1715-1
    Hipparcos-Katalog HIP 7599

  8. #8 Anhaltiner
    25. August 2010

    @JV z.B. CoRoT-7: Alias 2MASS 06434947-0103468, Alias GSC 4799-1733

  9. #9 Anhaltiner
    25. August 2010

    Und bei unseren Nachbarn siehts nicht besser aus: “Alpha Centauri (α Centauri, abgekürzt α Cen, aber auch Rigil Kentaurus, Rigilkent, Toliman oder Bungula ” (lt. wikipedia)

  10. #10 Troodon
    25. August 2010

    Ist einer der Planeten eigentlich in der “Lebenszone”? Leider sind diese Planeten zu weit weg um festzustellen ob es “Gesteinsplaneten” sind, oder kann es mittlerweile feststellen? In welcher Größe müsste man sich die Planeten vorstellen? Von der Masse her sind sie dann so groß wie Netun und Uranus bis Erdgröße?

  11. #11 Florian Freistetter
    25. August 2010

    @Troodon: “Ist einer der Planeten eigentlich in der “Lebenszone”?”

    Hab das jetzt nicht im Detail überprüft. Aber da der Stern den gleichen Spektraltyp wie die Sonne hat wird die habitable Zone ähnlich wie bei uns sein. Da liegt zwar der eine mit 1,4 AU in der Nähe – aber die Planeten sind alle viel zu groß um eine feste Oberfläche zu haben. Das sind alles Gasriesen wie Neptun oder Saturn (bis auf den einen, ganz nah am Stern – aber da ists viel zu heiß).

  12. #12 Anhaltiner
    25. August 2010

    Ein Hauptreihen stern gleicher Spektralklasse sollte ja etwa so groß/hell sein wie unsere Sonne also die habitable Zone müsste in ähnlichen Bereichen liegen da siehts mit 1,4 AE ja ganz gut aus, aber bei der Planetenmasse /Oberflächengravitation sollte schon eine ganz schöne Atmosphäre vorhanden sein, also kein platz wo wir uns wohlfühlen würden.

  13. #13 perk
    25. August 2010

    florian wie stark unterscheidet sich eigentlich das signal bei dieser methode eines planeten mit ca 20 erdmassen bei 1 ae von einem mit 19 erdmassen und nem mond mit 1 erdmasse bei dieser methode?

    ich vermute mal nicht allzustark also besteht hoffnung, dass wir im universum gesteinsmonde die atmosphären halten können in lebensbejaenden zonen finden können 😉

  14. #14 Florian Freistetter
    25. August 2010

    @perk: Hmm, das kann ich auf die schnelle gar nicht beantworten; da müsste man mal die Beobachter fragen. Ludmila weiß das sicher. Aber es gibt entsprechende Papers; die müsste ich mal raussuchen. Man kann auf jeden Fall nen Mond in den Daten erkennen (wenn er groß genug ist natürlich – hängt von der Genauigkeit ab).

  15. #15 Florian Freistetter
    25. August 2010

    @perk: Hier gibts was, z.B.: http://arxiv.org/abs/0911.5170

  16. #16 TheBug
    25. August 2010

    Gasriese mit gemäßigtem Klima, vielleicht eine Fundgrube für die Exobiologie?

    Was weiter vom Stern entfernte Planeten anbetrifft: Sind die nicht aufgrund ihrer langen Umlaufzeiten und damit langsameren Beeinflussung des Sterns deutlich schwieriger zu finden?

  17. #17 Arnd
    26. August 2010

    Auch wenn auf keinem der Exoplaneten erdähnliches Leben zu erwarten ist (weil sie zu groß sind) kann es ja sein, dass die Planeten Monde haben!

    @Florian: Gibt es die Möglichkeit durch Schwankungen in der Umlaufbahn der Planeten auf große Monde zu schließen?

  18. #18 Florian Freistetter
    26. August 2010

    @TheBug: Ja, je weiter weg, desto schwerer zu sehen. Nur wenn sie ganz weit weg sind – 1000 AU oder so – dann stehen die Chancen gut, sie via direct imaging zu finden.

    @Arnd: Ja, das geht – da hab ich oben nen Artikel verlinkt. Hier steht auch was: http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2009/09/auf-der-suche-nach-bewohnbaren-monden.php

  19. #19 Monod
    27. August 2010

    HD 10180 c ist nur etwa 9 Millionen km von seinem Stern entfernt und hat 13 Erdmassen, entspricht also etwa unserem Uranus, der stolze 14 Erdmassen aufweist. Mich interessiert nun, ob die große Nähe zum Stern, der ja etwa so massereich ist wie die Sonne, die Atmosphärengase Wasserstoff und Helium nicht so stark aufheizt, dass sie die Fluchtgeschwindigkeit überschreiten. Kann man bei der vorhandenen Struktur des Planetensystems hier sicher sein, dass es sich tatsächlich um Gasriesen handelt, die über Migration nach innen gewandert sind, so dass sie ihre ursprünglichen dichten Atmosphären mitgenommen haben – oder könnte es nicht eher so sein, dass diese Planeten an Ort und Stelle entstanden sind und daher keine Gasriesen sind, sondern eher “Hypererden”, die im Wesentlichen aus Gestein und Eisen bestehen, weil die inneren Bereiche der protoplanetaren Scheibe aufgrund der hohen Temperaturen kaum noch volatile Stoffe enthielt? Ich finde das sehr spannend, was hier gefunden wurde!

  20. #20 Helen
    28. August 2010

    “und einer noch viel näher am Stern. Dieser Planet hätte dann allerdings nur das 1.35fache der Erdmasse; wäre damit also der bisher kleinste Planet, den wir kennen.”

    Und auch einer der schnellsten! Etwas über einen Tag braucht er, um den Stern zu umkreisen. Dort kann man also jedes Jahr Silvester feiern. Dennoch hat Spiegel Online ihn neulich als neue Erde begrüßt.

    Ich bin Laie, aber wenn ich mich recht an die Schulzeit erinnere, dann werden Einzelwahrscheinlichkeiten zu einer Gesamtwahrscheinlichkeit multipliziert. Also: Wie viele Sterne sind genau wie die Sonne, also keine Riesensterne oder rote Zwerge? Da scheiden doch fast alle bekannten Sterne aus. Wie viele vom Rest erfüllen die Voraussetzung für schwere Elemente, sind also nicht dort entstanden, wo sie jetzt sind, in einem behaglichen Seitenarm ihrer Galaxie, wo sie von Supernovae und dergleichen verschont bleiben? Wie viele davon haben einen festen Kleinplaneten, der in der Lebenszone liegt? Bei wie vielen hat dieser Planet einen Riesenmond eingefangen, der das Klima stabilisiert? Wie viele Sterne haben die richtige Größe, damit der Planet nicht zu eng um den Stern kreisen muß (wie bei einem roten Zwerg), genug Wärme bekommt und sich dabei noch um die eigene Achse drehen kann?

    Da lassen sich bestimmt noch mehr Unwahrscheinlichkeiten für unser Sonnensystem entdecken. Und die rechnet man dann gegen die Anzahl der Sterne im Universum. Ich glaube, daß es da sehr, sehr eng wird. Woher kommt die Zuversicht, es gäbe eine Fülle von Planeten wie die Erde?

  21. #21 Bjoern
    28. August 2010

    @Helen:

    Ich bin Laie, aber wenn ich mich recht an die Schulzeit erinnere, dann werden Einzelwahrscheinlichkeiten zu einer Gesamtwahrscheinlichkeit multipliziert.

    Für das, was du hier rechnest, im Prinzip ja. Im Allgemeinen eher nein. 😉 (Erstens einmal solltest du dazu sagen, dass du die Wahrscheinlichkeit ausrechnen willst, dass Ereignis A und Ereignis B und Ereignis C usw. gleichzeitig eintreten (bei “oder” wär’s plus, nicht mal – und auch das ist im Allgemeinen nicht immer richtig), und zweitens müssen die Ereignisse unabhängig voneinander sein.)

    Zu deiner folgenden Abschätzung kann ich nur sagen: viele der Parameter können wir mangels Wissen noch nicht abschätzen… und bei anderen (wie z. B. dem stabilen Klima durch einen großen Mond) ist es gar nicht sooo sicher, ob das wirklich nötig ist. Insgesamt gesehen sind Spekulationen ohne gesichertes Wissen relativ müßig… Abschließend: schon mal was von der Drake-Gleichung gehört?