Erst gestern habe ich von den Astronomen auf dem Planeten Zorg geschrieben und ihre Versuche, außerzorgische Planeten zu entdecken. Natürlich war das nur Science-Fiction. Aber wenn außerirdische Astronomen, deren Fähigkeiten in etwa den unseren entsprechen, tatsächlich unser Sonnensystem unter die Lupe nehmen würden, dann würden sie vermutlich zuerst die beiden Planeten Venus und Erde entdecken. Astronomen auf der Erde suchen schon lange nach extrasolaren Planeten und werden dabei immer erfolgreicher. Jetzt haben sie zwei Planeten gefunden, die so groß wie die Erde sind und sich um den selben Stern drehen.

Wieder einmal war es das Weltraumteleskop Kepler der NASA, dass erfolgreich war. Diesmal hat es den fast 1000 Lichtjahre entfernten Stern Kepler 20 unter die Lupe genommen. Dieser Stern ist ein wenig kleiner und leichter als die Sonne. Und er wird von fünf Planeten umkreist! Zwei davon sind so groß wie die Erde. Kepler-20e hat den 0,87fachen Radius der Erde, Kepler-20f den 1,03fachen Radius. So sehen die beiden Planeten im Größenvergleich mit Erde und Venus aus:

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Aber auch wenn diese Planeten in etwa die gleiche Größe haben, wie unsere Erde sind sie doch nicht wirklich erdähnlich. Zumindest nicht in dem Sinne, in dem dieses Wort normalerweise verstanden wird. Aus astronomischer Sicht heißt alles “erdähnlich”, was in Größe und Zusammensetzung der Erde ähnelt. Also im wesentlichen jeder felsige Planet mit fester Oberfläche. Unser Sonnensystem wird demnach nur von zwei Arten von Planeten bevölkert: Erdähnliche Planeten, das sind Merkur, Venus, Erde und Mars und Jupiterähnliche Planeten (man nennt sie auch Gasriesen, das sind Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun und sie sind wesentlich größer als die Erde und haben keine feste Oberfläche sondern bestehen im wesentlichen aus jeder Menge Gas. Nach diesen Kriterien sind auch Kepler-20e und f erdähnlich. Aber Leben ist auf diesen Planeten nicht möglich. Kepler-20e ist 0,05 Astronomische Einheiten (AE) vom Stern entfernt, bei Kepler-20f beträgt der Abstand 0,1 Astronomische Einheiten. Zum Vergleich: In unserem Sonnensystem ist Merkur der Sonne am nächsten. Er ist aber immer noch 0,4 AE entfernt (bei der Erde sind es genau 1 AE). Dementsprechend heiß ist es auf den beiden Planeten, die Temperaturen betragen ungefähr 400 bzw. 800 Grad Celsius! Dieses Diagramm zeigt nochmal die Planeten Kepler-20e und f im Vergleich mit Erde, Venus und einigen anderen bekannten Exoplaneten. Auf der x-Achse ist die Masse der Planeten aufgetragen (in Einheiten der Erdmasse), auf der y-Achse der Radius (in Einheiten des Erdradius). Die Linien zeigen Bereiche gleicher Zusammensetzung an. Bei blau dominiert (Wasser)Eis, bei rot sind die Planeten eher felsig und violett sind dichte Eisenplaneten. Kepler-20e und f liegen im rot bzw. grün schraffierten Bereich:

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Kepler-20 wird aber noch von drei weiteren Planeten umkreist und die sind noch näher am Stern dran! Es ist tatsächlich ein sehr außergewöhnliches System. Meiner Meinung ist das auch das eigentlich besondere an Kepler-20. Nicht die beiden erdgroßen Planeten. Die sind zwar auch äußerst cool, aber das die Astronomen mittlerweile in der Lage sind, auch solche kleinen Planeten zu finden, war ja schon spätestens seit der Entdeckung von Kepler-22b bekannt. Das besondere ist die Konfiguration des gesamten Systems. In unserem Sonnensystem befinden sich die vier kleinen, erdähnlichen Planeten nahe an der Sonne. Die vier großen, jupiterähnlichen Planeten befinden sich dahinter, im äußeren Bereich des Sonnensystems. Weiter entfernt von der Sonne gab es früher mehr Material zur Planetenbildung. Dort war es kühl genug, damit die ganzen flüchtigen Gase und das Eis an die Planetenembryos gebunden werden konnten; es entstanden die Gasriesen mit ihren dicken Atmosphärenschichten. Bei Kepler-20 ist die Reihung aber ganz anders: Die inneren Planeten sind größer und schwerer als die äußeren. Hier gibt es ein Video, dass eine Simulation des Kepler-20-Systems zeigt:

Wie genau dieses System entstanden ist, ist noch unklar (aber vermutlich spielt planetare Migration eine Rolle). Aber eines wird klar: Es gibt da draußen im All sowohl Planeten, die unserer Erde recht ähnlich sind, als auch Sonnensysteme, die sich dramatisch von unserem unterscheiden. Das Universum wird nie langweilig…

Kommentare (29)

  1. #1 Boron
    21. Dezember 2011

    Was mir mal so aufgefallen ist, ist dass offenbar in vielen extrasolaren Systemen mehrere Planeten extrem (verglichen mit dem Sonnensystem) dicht um das Zentralgestirn kreisen. Heißt: fast das gesamte bekannte System (also so 4, 5, 6 Planeten) befindet sich (bisweilen deutlich) näher am Stern als die Erde an der Sonne. Hat man da schon ne Ahnung, warum das so ist?

  2. #2 m
    21. Dezember 2011

    abo

  3. #3 Konni Scheller
    21. Dezember 2011

    @Boron: weil man Planeten, die dicht vor der Sonne vorbeiziehen, leichter findet. Deswegen findet man auch mehr.

    Zieht ein Planet weiter außen vorbei, dann sind Bedeckungen seltener. Es dauert also wesentlich länger, bis man sie zuverlässig aus dem Datenstrom herausfiltern kann.

  4. #4 Florian Freistetter
    21. Dezember 2011

    @Boron: “Hat man da schon ne Ahnung, warum das so ist? “

    Wie schon gesagt wurde: Das ist ein Auswahleffekt. Ganz früher hat man auch nur große Gasriesen nahe am Stern gefunden, weil die die größten Radialgeschwindigkeitsvariationen erzeugen. Auch bei den TRansits sind enge Orbits leichter zu finden, weil hier die Transits häufiger sind. Um die weit entfernten Planeten zu finden, müssen wir entweder viele Jahre lang Daten sammeln – oder hoffen, dass wir beim “direct imaging” besser werden und die Empfindlichkeit der Instrumente erhöhen können.

  5. #5 Boron
    21. Dezember 2011

    OK, also ein “Beobachtungsartefakt”, weil Kepler & Co. noch nicht so lange spähen (es braucht ja drei Transits für einen gesicherten Nachweis). Hätt ich ja mal vielleicht auch von selbst drauf kommen können… Thx Konni und Florian!

  6. #6 HdS
    21. Dezember 2011

    Und immer wenn ich solche Nachrichten lese werde ich extrem traurig, dass nie ein Mensch diese Planeten mit dem eigenen Auge erblicken wird.
    Was für ein grausames Ding dieses Universum doch ist – unendliche Wunder, die doch nie ein Mensch erreichen wird.

  7. #7 Librarian
    21. Dezember 2011

    Bei Kepler-20 ist die Reihung aber ganz anders: Die inneren Planeten sind größer und schwerer als die äußeren.

    Bei Zeit online ist die Reihung groß, klein, groß, klein, groß.
    Im NASA-Video sieht man das gleiche. Kann es sein, dass du die Reihenfolge im System und die der Entdeckung durcheinander gewürfelt hast?

  8. #8 Florian Freistetter
    21. Dezember 2011

    @Librarian: “Bei Zeit online ist die Reihung groß, klein, groß, klein, groß. Im NASA-Video sieht man das gleiche. Kann es sein, dass du die Reihenfolge im System und die der Entdeckung durcheinander gewürfelt hast? “

    ALso. Die Radien der Planeten sind – von innen nach außen – 2, 3, 3, 0.9, 1 Erdradien. Die Massen sind 8, 16, 20, 3, 14 Erdmassen (die Daten stammen aus dem wissenschaftlichen Artikel zur Entdeckung http://arxiv.org/abs/1112.4514 http://arxiv.org/abs/1112.4550
    Das ” groß, klein, groß, klein, groß” stammt aus der Pressemitteilung und wird daher überall übernommen. Ich wollte es aber nicht so kompliziert machen, habe die bei Transits eher schlecht bestimmten Massen ignoriert und mich auf die Radien konzentriert. Und da sind 3 große Planeten innen und 2 kleine Planeten außen. (So heisst auch das paper: “Kepler-20: A Sun-like Star with Three Sub-Neptune Exoplanets and Two Earth-size Candidates”)

  9. #9 Noblinski
    21. Dezember 2011

    Gibt es eigentlich systematische Fehlerquellen, die dafür verantwortlich sein könnten, daß so viele der entdeckten Planeten außergewöhnlich eng um ihre Sterne kreisen? Ich habe da eben gerade eine ganz verrückte Idee: Was wäre denn wenn ferne Sonnen auf Grund eines partiellen Gravitationslinseneffektes immer ein wenig größer im Teleskop erschienen, als sie in der Realität sind?

  10. #10 PapcioBabadag
    21. Dezember 2011

    @ Noblinski: Und der Einstein Ring wird zum Tambourine, oder wie :-)?
    Der Winkel Alpha beschreibt doch etwas gänzlich Anderes in der Gleichung und das, was es beschreibt ist zwar die zentrale Aussage der ART aber nicht die Größe eines Objektes im Fokus eines Teleskopes etc. . .sollte ich mich irren, wird mich Florian wahrscheinlich korrigieren.

  11. #11 mr_mad_man
    21. Dezember 2011

    Je mehr erdähnliche Planeten entdeckt werden, desto größer müsste die Wahrscheinlichkeit sein, dass auch mal einer dabei ist, der die Vorraussetzungen für Leben erfüllt. Andersrum, je mehr entdeckt werden und immer noch keiner dabei ist, der Leben hervorbringen könnte, desto mehr ergibt sich das Bild, dass unsere Erde (bzw. unser Sonnensystem) doch kein Otto-Normal-System sondern etwas Besonderes ist. Beide Sichtweisen erscheinen mir logisch, aber was stimmt denn nun? Oder ist die Gesamtzahl der Entdeckungen noch viel zu gering, um darüber überhaupt schon eine Aussage treffen zu können?

  12. #12 Alderamin
    21. Dezember 2011

    Boron·
    21.12.11 · 18:41 Uhr

    OK, also ein “Beobachtungsartefakt”, weil Kepler & Co. noch nicht so lange spähen (es braucht ja drei Transits für einen gesicherten Nachweis). Hätt ich ja mal vielleicht auch von selbst drauf kommen können… Thx Konni und Florian!

    Nicht nur das, Planeten, die weiter von ihrem Stern entfernt sind, haben auch eine größere Chance, gar nicht vor dem Stern vorbeizuziehen, sondern darüber oder darunter weg. Mit zunehmendem Abstand vom Stern muss die Bahnneigung immer näher an 90° (Neigung der Bahnachse zur Sichtlinie Erde-Stern) liegen, damit der Planet einen Transit verursachen kann. Doppelte Entfernung heißt halbe Wahrscheinlichkeit für einen Transit.

  13. #13 manes
    21. Dezember 2011

    irgendwo neulich habe ich doch gehört/gelesen, daß sich für lebensformen auf nicht-kohlenstoffbasis auch silizium nicht anböte, wegen äh erinnerungsversuch …der furchtbar langsamen reaktionsmöglichkeiten.
    gilt das auch für planeten, auf denen temperaturen von 400-800° bestehen?

  14. #14 Konni Scheller
    21. Dezember 2011

    @manes: Sicher. Siliconys (Lebewesen auf Silizium-Sauerstoff-Basis statt Kohlenstoff) könnten nur bei niederen Temperaturen existieren, bei 400-800 Grad (hier ist es egal ob Celsius oder Kelvin) würden die Bindungen sehr schnell aufbrechen.

    Kohlenstoff:

    – C – C – C – C – C – C –

    Silizium:

    – Si – O – Si – O – Si – O –

    Beide können Ketten bilden Silizium-Sauerstoff-Bindungen sind aber deutlich instabiler.

  15. #15 Alderamin
    21. Dezember 2011

    @Konni

    Und wie baut man daraus eine RNA/DNA? Geht sowas überhaupt? Leben dürfte wohl als selbstreplizierendes Molekül beginnen. Es dürfte wohl einer Lösungsflüssigkeit bedürfen, um die nötigen Stoffe zusammen zu bringen und Nachschub (“Nahrung”) zu liefern, der den Aufbau der ersten Molekülketten ermöglicht. Wasser ist ein prima Lösungsmittel unterhalb 100°C, aber flüssiges Gestein oder Metall bei höheren Temperaturen eher weniger, denke ich. Ich könnte mir eher Leben bei -174°C im flüssigen Methan von Titan vorstellen, als auf einer steintrockenen Welt von 800°C, ehrlich gesagt.

  16. #16 Librarian
    21. Dezember 2011

    @FF
    Ah, okay, danke. Mich hatte irritiert, dass bei auch der künstlerischen Darstellung des Flugs durch das System die Planeten 2 und 4 kleiner gemalt waren als 1, 3 und 5.
    Selbst wenn die NASA es für die Pressemitteilung vereinfacht hat, hätte sie dem Grafiker ja schon die genauen Werte geben können …

    Könnte eigentlich auch Leben auf jupiterähnlichen Planeten in der habitablen Zone entstehen? Und wie würde es dann möglicherweise aussehen?
    Planet Nr. 5 von Kepler 20 sieht (zumindest im NASA-Video) so aus, als wäre er ausreichend weit vom Stern entfernt – oder hat der Künstler da auch wieder seiner Kreativität freien Lauf gelassen?

  17. #17 BastiSito
    22. Dezember 2011

    @librarian “Könnte eigentlich auch Leben auf jupiterähnlichen Planeten in der habitablen Zone entstehen? ”

    Das ist ne Fangfrage. Wir (Menschen” müssen von menschenähnlichem Leben ausgehen. SciFi-Konstrukte a la Star Trek mit Energiewesen oder Silikat-Wesen sind …. spekulativ. Von daher können wir nur auf die Frage “Könnte es erdähnliches Leben auf jupiterähnlichen Planeten in der habitablen Zone geben?” antworten. Ein – hypothetischen – Q (John de Lancie) könnte es auch auf Vesta geben, aber hilft die Spekulation bei Kepler 20 weiter? Eben.

    Die Frage nach Leben allgemein erfordert Wissen um Lebensmöglichkeiten allgemein – und die können wir nichtmal in unserem Sonnensystem, ja nichtmal auf der Erde abschliessend beantworten.

  18. #18 Boron
    22. Dezember 2011

    @Alderamin:

    Nicht nur das, Planeten, die weiter von ihrem Stern entfernt sind, haben auch eine größere Chance, gar nicht vor dem Stern vorbeizuziehen, sondern darüber oder darunter weg. Mit zunehmendem Abstand vom Stern muss die Bahnneigung immer näher an 90° (Neigung der Bahnachse zur Sichtlinie Erde-Stern) liegen, damit der Planet einen Transit verursachen kann. Doppelte Entfernung heißt halbe Wahrscheinlichkeit für einen Transit.

    Richtig, das kommt noch dazu (aber muss es nicht “näher an 0°” heißen? 90° Bahnneigung zur Sichtlinie Erde-Stern hieße ja, dass der Planet eben genau keinen von der Erde sichtbaren Transit verursachen könnte). Aber da kommt ja dann das von Florian erwähnte “direct imaging” ins Spiel – was dann wohl so ähnliche Ergebnisse liefert, wie in diesem Bild.

  19. #19 s.s.t.
    22. Dezember 2011

    @Konni Scheller

    Im Vergleich zur Kohlenstoff-Chemie ist die Silizium-Chemie ziemlich langweilig. So sind bei der letzteren schon mal Doppel- und Dreifach-Bindungen Mangelware.

    Nee, wenn schon woanders Leben, dann mit dem großen C als Kern.

    Ich kann in Analogie zwar nicht ausschließen, dass hier schon mal P durch As ersetzt wurde, allerdings haben sich nach meinem Wissen die großen Ankündigungen nicht bestätigt.

  20. #20 Marco
    22. Dezember 2011

    @HdS
    sag niemals nie…

    @Florian
    danke fuer diese Info, immer wieder spannend etwas von neu entdeckten Dingen im Universum zu hoeren/lesen.

  21. #21 Alderamin
    22. Dezember 2011

    Boron·
    22.12.11 · 03:25 Uhr

    Richtig, das kommt noch dazu (aber muss es nicht “näher an 0°” heißen? 90° Bahnneigung zur Sichtlinie Erde-Stern hieße ja, dass der Planet eben genau keinen von der Erde sichtbaren Transit verursachen könnte).

    Ich meine, die Inklination ist über den Normalenvektor zur Bahnebene definiert, und wenn der 90° zur Sichtlinie gekippt ist, dann sehen wir auf die Kante der Bahn. Steht der Normalenvektor in 0° zur Sichtlinie, dann gucken wir senkrecht von Norden oder Süden auf die Planetenbahn. Wenn dem nicht so sein sollte, bitte korrigieren.

  22. #22 Librarian
    22. Dezember 2011

    @BastiSito: War aber nicht als solche gedacht.
    Dass wir keine Aussage zu Silizium- oder gar Energiewesen (auch wenn ich da eher an Esoterik als an intelligentes Leben denken muss) treffen können, ist mir klar.
    Aber man kann ja durchaus Aussagen dazu treffen, ob dort erdähnliches Leben auf Kohlenstoffbasis entstehen kann (die Frage nach der Intelligenz kann man dann zu einem anderen Zeitpunkt klären).
    Um meine zweite Frage zu dem Punkt selbst ein wenig zu beantworten: Ich denke da z.B. an Montgolfier-Quallen, die durch die Atmosphäre des Planeten schweben (schwimmen?). Da fragt man aber vermutlich eher einen Biologen als einen Astronom.

    Es ist jetzt eben die Frage, ob auf Gasriesen in der habitablen Zone überhaupt die Voraussetzungen für die Entstehung von Kohlenstoff-Leben gegeben sind und ob es (mangels festem Boden) die Chance hat, sich zu entwickeln oder sofort in den Kern des Planeten stürzt und stirbt.

  23. #23 Alderamin
    22. Dezember 2011

    Librarian·
    22.12.11 · 09:56 Uhr

    Es ist jetzt eben die Frage, ob auf Gasriesen in der habitablen Zone überhaupt die Voraussetzungen für die Entstehung von Kohlenstoff-Leben gegeben sind und ob es (mangels festem Boden) die Chance hat, sich zu entwickeln oder sofort in den Kern des Planeten stürzt und stirbt.

    Das können wir solange nicht wissen, bis wir einen konkreten Fall (z.B. Jupiter) kennen. Wir wissen noch nicht einmal genau, wie genau das Leben auf der Erde entstanden ist und was für seine Entstehung absolut notwendig, förderlich oder einfach nur nicht hinderlich war. Es sieht so aus, als wenn Wasser eine wichtige Rolle bei der chemischen Evolution gespielt hat (förderlich oder notwendig?). Ob da schwebende Stoffe in einer dichten Atmosphäre ausreichen würden, kann vermutlich niemand beantworten.

    Wenn einmal Leben entstanden ist, dann sollten auch schwebende Lebensformen denkbar sein, warum nicht? Aber vom replizierenden Molkül muss man erst mal über den Einzeller zum Vielzeller zum Tier kommen. Das wird ohne festen Boden vermutlich nicht so einfach sein, aber wer weiß?

    Geht man davon aus, dass Leben zumindest flüssiges Wasser benötigt, dann wird man es neben erdähnlichen Planeten am ehesten auf großen Monden von Gasriesen vermuten. Zum Beispiel im unter einem Eispanzer verborgenen Ozean des Jupitermondes Europa. Oder ein großen Mond mit Atmosphäre, der einen Gasriesen in der habitablen Zone eines anderen Sterns begleitet. Wer den Film Avatar gesehen hat, hat dort ein denkbares (bis auf die schwebenden Berge…) Beispiel für so einen Fall gesehen.

  24. #24 Boron
    22. Dezember 2011

    @Alderamin: Hast vollkommen recht! Für Exoplaneten ist das so festgelegt. War halt irritiert, weil im Sonnensystem die Abweichung der Bahnebene von der Ekliptik bei niedrigen Grad-Zahlen klein ist.

    Zum Leben in der Atmosphäre von Gasriesen: Es ist sicherlich vorstellbar, dass bei entprechenden atmosphärischen Bedingungen und entsprechender zeitlicher Konstanz dieser Bedingungen Leben in Wassertröpfchen entstehen kann. Die Schwierigkeit besteht dann darin, wie sich dieses Leben ausbreiten und höher organisieren kann. Fänden die Organismen einen Weg, zumindest einen Teil ihrer Lebensspanne außerhalb der Tröpfchen existieren zu können, bestünde die Möglichkeit, dass sich mehrzellige Lebensformen entwickeln.

  25. #25 Rarehero
    22. Dezember 2011

    @BastiSito
    Dazu fallen mir zwei Dinge ein:

    1. Die Erde macht immerhin seit gut 4 Milliarden Jahren vor, wie Leben entsteht. “Siliziumleben” geschweige den Energiewesen wurden in dieser langen Geschichte bisher nicht nachgewiesen soweit ich weiß.
    2. Wir sollten davon ausgehen, dass wir ein Beispiel für den kosmologischen Durchschnitt sind, keine Ausnahme von der (Silizium-)Regel.

    Beides schließt die Möglichkeit von Siliziumleben und Energiewesen nicht aus, aber es schränkt die Möglichkeiten doch sehr stark ein – bis wir vielleicht irgendwann in der Atmosphäre eines Gasriesen oder tief unter den Meeren eines Eismondes etwas völlig Neuartiges finden.

  26. #26 HJ
    24. Dezember 2011

    Laienfrage: Angenommen, man würde eine Galaxie mit einem erdähnlichen Planeten entdecken, der die Bedingungen für erdähnliches Leben erfüllt, wären wir dann auch in der Lage, durch Beobachtung festzustellen, OB dort Leben existiert? Oder wäre eine solche Bestätigung nur durch einen “Pathfinder”-Einsatz möglich?

    @Florian Freistetter
    Sehr sehr interessanter Blog, vielen Dank dafür.

  27. #27 Boron
    24. Dezember 2011

    @HJ: Also einen erdähnlichen Planeten in einer andern als der unseren Galaxie zu finden, dürfte verdammt schwierig werden, weil der einfach mal viel zu weit weg wäre. Wenn, dann wäre das nur in unsere eigenen Galaxie, der Milchstraße, möglich. Und feststellen, ob es dort Leben gibt, wird man nicht direkt können (einen Lander dorthin zu schicken würde elends lange dauern) sondern nur indirekt mittels der Analyse des Lichtes des Muttersterns, das durch die Atmosphäre des Planeten in Richtung Erde hindurchscheint, während der Planet vor dem Stern vorbei zieht. Diese Untersuchungen könnten etwas über die Zusammensetzung der Atmosphäre des Planeten verraten. Ozon und Methan wären dabei Gase, die auf biogene Prozesse, sprich: Leben, hindeuteten.

  28. #28 Theres
    24. Dezember 2011

    Irgendwo las ich mal die Wahrscheinlichkeitsrechnung dazu, dass es in der Nähe, arg relativ zu sehen, aber eben in uns benachbarten Sonnensystemen, einen bewohnten Stern gäbe – und die war gering, weil keine Planeten bekannt waren (was sich geändert haben könnte). Es stand entweder in einer Wissenschaftszeitung oder Harald Lesch sagte etwas darüber, über Kontaktmöglichkeiten … Jedenfalls erschien das Lauschen ins All und die Hoffnung auf ein Signal noch am realistischsten, nur sind heutzutage die Möglichkeiten besser geworden. Trotzdem, die Vorstellung, dass wir eine mögliche Welt finden würden, und kämen nie hin oder müssten schon ewig auf ein Gespräch warten, ist doch einfach unbefriedigend …

  29. #29 Theres
    24. Dezember 2011

    Ups, habe ich Leben mal wieder sofort als intelligentes verstanden … das macht die frühe Stunde 😉