Wir haben schon über 700 extrasolare Planeten entdeckt. Wir kennen schon 32 Trümmerscheiben um andere Sterne die uns sagen, dass es dort Asteroiden geben muss. Wir kennen Systeme mit vielen Planeten, wir kennen Systeme mit Trümmerscheiben, d.h. Asteroiden, und Planeten. Das, was wir im All finden, ähnelt immer mehr unserem eigenen Sonnensystem. Eines aber fehlt noch. Unser Sonnensystem besteht nicht nur aus acht Planeten und einem ganzen Haufen Asteroiden, sondern auch aus vielen Monden. Wir können eigentlich davon ausgehen, dass auch extrasolare Planeten Monde haben. Gefunden wurde bis jetzt aber noch keiner davon. Es wurde aber auch noch nie wirklich systematisch danach gesucht. Das möchte David Kipping von der Uni Cambridge mit seinen Kollegen nun ändern. Er hat das Projekt HEK – The Hunt for Exomoons with Kepler ins Leben gerufen.

Abgesehen davon, dass Exomonde an sich schon sehr interessant sind, könnten wir von ihnen auch viel über die Planetenentstehung lernen. Unser Mond zum Beispiel entstand durch eine große Kollision vor 4,5 Milliarden Jahren. Die großen Monde des Jupiter und Saturn dagegen entstanden eher auf die gleiche Art wie die Planeten selbst. Und kleine Monde wie die des Mars sind einfach eingefangene Asteroiden. Wenn wir diese verschiedenen Typen auch bei anderen Planeten finden, dann sagt uns das einiges über die allgemeine Entstehung von Planetensystemen. Natürlich sind Monde auch interessant, wenn es um die Suche nach außerirdischen Leben geht. Theoretische Untersuchungen zeigen, dass ein großer Mond eine wichtige Rolle spielen könnte, wenn es darum geht, die Achse eines Planeten zu stabilisieren, was Auswirkungen auf das Klima hat. Neue Simulationen haben zwar gezeigt, dass die Planetenachse unter bestimmten Umständen auch ohne großen Mond stabil bleiben kann. Trotzdem scheint ein großer Mond immer noch begünstigend auf die Entwicklung eines stabilen Klimas zu wirken. Aber auch der Mond selbst käme als Heimstatt für Leben in Frage. Wir kennen viele Systeme, in den sich große Gasplaneten genau dort befinden, wo die Temperaturen für die Entstehung für Leben ideal wären. Leider kann sich auf diesen Gasriesen aber kein Leben wie wir es kennen entwickeln. Bei einem großen Mond, der so einen Planeten umkreist, sieht das aber ganz anders aus!

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Bild: NASA

Es gibt also genug Gründe, nach Exomonden zu suchen. Aber können wir das überhaupt? Wie findet man Monde, die Planeten bei anderen Sternen umkreisen? Natürlich ist es schwierig. Immerhin sind die Monde normalerweise kleiner als die Planeten und je kleiner etwas ist, desto schwerer ist es zu finden. Aber die größeren Exemplare könnten wir jetzt schon finden. David Kipping und seine Kollegen erklären in ihrem Artikel über das Projekt ausführlich, wie das gehen kann. Im Wesentlichen will man sich auf zwei Methoden konzentrieren. Beide haben mit Transitbeobachtungen von extrasolaren Planeten zu tun. Das ist ja die in letzter Zeit erfolgreichste Methode der Planetensuche. Man betrachtet dabei das Licht eines Sterns. Wenn es dort Planeten gibt und ein Planet von uns aus gesehen genau vor dem Stern vorüber zieht, dann wird sein Licht ein wenig schwächer. Das kann man messen und daraus auf die Existenz eines Planeten schließen. Wenn dieser Planet nun auch noch einen Mond hat, dann lässt sich das theoretisch feststellen. Zuerst wird man merken, dass der Planet immer ein bisschen früh bzw. spät zum Transit kommt. Denn der Mond beeinflusst die Bewegung des Planeten ein bisschen und erzeugt eine Verspätung. Diese Methode der Transitzeitvariation wurde schon erfolgreich bei der Suche nach neuen Planeten eingesetzt – jetzt will man damit auch Monde finden. So in etwa sieht das schematisch aus:

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Aber auch im Licht des Transits könnte man den Mond identifizieren. Wenn er gemeinsam mit dem Planeten vorm Stern vorüber zieht, dann ändert sich die Art und Weise, wie die Helligkeit abfällt. So könnte das aussehen:

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Links sieht man Lichtkurven für Planeten mit Monden, die sie in großem Abstand umkreisen. Man sieht gut, wie zuerst der Planet den Stern verdunkelt und dann – schwächer – der Mond (bzw. umgekehrt bei den unteren Kurven). Rechts sind Lichtkurven für Planeten mit nahen Monden zu sehen. Auch hier erkennt man deutliche Unregelmäßigkeiten, die durch den Mond verursacht werden.

Nach genau solchen Effekten wollen Kipping und sein Team nun in den Daten des Weltraumteleskops Kepler suchen. Kepler hat ja schon tausende Planetenkandidaten gefunden und Unmengen an Lichtkurven aufgenommen. Wenn es dort draußen irgendwelche Exomonde gibt, dann hofft das HEK-Team, ihnen mit ihrem Algorithmus auf die Spur zu kommen. Ich bin eigentlich davon überzeugt, dass die Suche bald erfolgreich sein wird. Egal ob es Kipping und sein Team sein werden oder andere Wissenschaftler: Wir werden bald die Entdeckung des ersten Exomonds erleben!

Kommentare (11)

  1. #1 Bullet
    9. Januar 2012

    Is’ ja schon ein wenig krass. Wenn nicht einmal erdgroße Planeten sauber im Datenwust gefunden werden können, dann würd ich mal schwer schätzen, daß zuallererst diejenigen Monde gefunden werden, die größer als die Erde sind. Und das heißt auch, daß uns eine Menge Monde durch die Lappen gehen werden, weil die Rotationsachsen der Mutterplaneten ungünstig für Transite liegen.
    Anyway: diese Meßgenauigkeiten wären vor 50 Jahren noch als reine Magie erschienen.

  2. #2 Marco
    9. Januar 2012

    sehr cool. und super bild von den Monden. das ist ebenso cool wie das von den Sonnen auf dem die Größenverhaeltnisse dargestellt sind.

  3. #3 Bullet
    9. Januar 2012

    @myself:

    weil die Rotationsachsen der Mutterplaneten ungünstig für Transite liegen.

    Bullshit. Das hat nichts miteinander zu tun. Richtig ist: weil die Orbits der Monde zu stark geneigt gegenüber der Planetenbahn um die jeweilige Sonne sind. Der Erdmond umrundet die Erde ja auch nicht in deren Äquatorebene.

  4. #4 Alderamin
    9. Januar 2012

    Der Mond umkreist uns aber in deutlich weniger Entfernung (384000 km) als einem Sonnenradius (695000 km), d.h. wenn die Erde von weitem gesehen vor der Sonne durchzieht, dann täte es der Mond sogar bei einer Bahnneigung von 90° gegen die Ekliptik (seine Bahnneigung gegen diese ist übrigens nur gut 5°; Die Neigung gegen die Äquatorebene spielt keine Rolle).

    Bei Io und Europa wäre das genau so, aber die Bahnen der großen Jupitermonde sind, wie man als Amateur ja weiß, kaum gegen die Ekliptik geneigt, deswegen sähe man sie alle vier.

  5. #5 Bullet
    9. Januar 2012

    In unserem System ist das so. Ja. Aber deshalb ist es nicht notwendigerweise in allen anderen Systemen auch so. Zusätzlich ist ein erdgroßer Mond in einem 10^6-km-Orbit um einen “warm Jupiter” nicht per se verboten – zumindest nach dem, was wir so, *hüstel*, “wissen”.
    Ach ja: und noch oben drauf sind Transite nur in den seltensten Fällen zentral vor dem Hauptstern, nech? Es gibt viele Arten des Verkackens. Deshalb find ich es ja so mutig, dieses Problem überhaupt anzugehen.

  6. #6 Alderamin
    9. Januar 2012

    @bullet

    Nochmal zum Erdbeispiel, wenn die Mondbahn um 90° geneigt wär und die Erde die Sonne von weitem aus gesehen nur an der Kante streifen würde, dann wäre der Mond in 50% der Transits dennoch mit vor der Sonne.

    Wenn ein Mond weiter weg um seinen Planeten kreiste, als der Radius des Sterns, dann würde der Mond nur sporadisch im Transit zu sehen sein und nur bei sehr vielen Umläufen entdeckt werden, wenn nicht über das Wackeln des Planeten.

    Ich denke aber trotzdem nicht, dass viele Monde übersehen würden, weil ihre Bahnneigung nicht passt. Im Sonnensystem, wenn man das als einzigen empirischen Datenpunkt gelten lässt, haben nur die Monde des Uranus eine extreme Bahnneigung. Das Kollisionsszenario könnte solche Monde liefern. Scheint aber eher die Ausnahme zu sein in einem Sonnensystem, in dem sich fast alles in der Ebene der ehemaligen protoplanetaren Scheibe abspielt. Ein paar Ausreißer gibt’s bestimmt, aber die werden die Statistik nicht völlig über den Haufen werfen.

    Das Mutige an der Analyse ist, in dem Datenrauschen nach Monden zu suchen, die bei jedem Transit woanders sind, und kein streng periodisches Signal wie die Planeten selbst liefern.

  7. #7 andreas
    9. Januar 2012

    Der Nachteil an dieser Methode ist ja leider, dass in unserer nächsten Nachbarschaft der perfekte Erdzwilling rumschwirren könnte und wir sehen ihn nicht, weil er von uns aus gesehen seine Sonne nie verdeckt 🙁

  8. #8 Rarehero
    10. Januar 2012

    Aber wir können wissen, ob sich geeignete Sterne in unserer Nachbarschaft befinden, und soweit ich weiß ist dies in einem Umkreis, den wir mit Unterlichtgeschwindigkeit erreichen oder auch nur ohne endlos Wartezeit (auf eine mögliche Antwort) anfunken könnten, nicht der Fall. Außerdem gibt es auch andere Methoden, um Planeten um anderen Sterne zu entdecken, etwa in dem man beobachtet, ob und wie Planeten an ihrem Gestirn zerren und zum “Schwanken” bringen. Diese Beobachtungen sind nach meinem Wissen auch dann möglich, wenn der Planet nicht zwischen dem fremden Stern und der Erde vorbei zieht, aber sie erfordern wohl auch noch deutlich empfindlichere Instrumente.

    Dazu eine andere Frage von mir: Kann man nicht in dem Licht ferner Sterne, von denen wir annehmen, dass sie vielleicht einen lebensfreundlichen Planeten beherbergen, typische Spuren des Lebens, etwa Ozon, aufspüren? Der fremde Planet zieht von uns aus gesehen vor seinem Stern vorbei, das Licht das Sternes fällt durch dessen Atmosphäre, trägt die Information über die Zusammensetzung der Atmosphäre zu uns und wir entdecken in diesem Licht schließlich Spuren von Ozon und wissen “Aha, um diesen Stern muss es komplexeres Leben geben!”? Und könnten wir nicht einfach alles Licht, dass uns aus den Tiefen des Alls erreicht, auf diese Weise untersuchen und so eine “Ozon-Karte” des Universums erstellen (siehe die mit COBE entwickelte Karte der Hintergrundstrahlung im Universum) um so zu erfahren, ob und vor allem in welchen Regionen sich das Leben ausgebreitet hat?

    Ich glaube ja dass wir eine solche Karte der “Spuren des Lebens” im Universum anfertigen könnten, wir feststellen würden, dass es im Universum nur so vor Leben wimmelt und das Leben eine ganz gewöhnliche Erscheinung des Universums ist (aber je komplexer das Leben wird, umso seltener wird es natürlich auch – so selten, dass “Star Trek” schon alleine aufgrund der geringen Häufigkeit gleichzeitig existierender Zivilisationen und aufgrund der der Distanzen zwischen jenen Science Fiction bleiben wird).

  9. #9 Florian Freistetter
    10. Januar 2012

    @andreas: “Der Nachteil an dieser Methode ist ja leider, dass in unserer nächsten Nachbarschaft der perfekte Erdzwilling rumschwirren könnte und wir sehen ihn nicht, weil er von uns aus gesehen seine Sonne nie verdeckt 🙁 “

    Sowas hätte man schon längst entdeckt. Einmal, weil das Teil gravitative Störungen ausübt und einmal, weil es die diversen Raumsonden und Satelliten gesehen hätten.

  10. #10 Florian Freistetter
    10. Januar 2012

    @Rarehero: “: Kann man nicht in dem Licht ferner Sterne, von denen wir annehmen, dass sie vielleicht einen lebensfreundlichen Planeten beherbergen, typische Spuren des Lebens, etwa Ozon, aufspüren? “

    Theoretisch geht das, ja. http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2011/03/wie-man-leben-auf-extrasolaren-planeten-entdeckt.php

    “Und könnten wir nicht einfach alles Licht, dass uns aus den Tiefen des Alls erreicht, auf diese Weise untersuchen und so eine “Ozon-Karte” des Universums erstellen”

    Für so etwas sind unsere Instrumente noch lange nicht gut genug…

  11. #11 noch ein andreas
    14. Januar 2012

    @ Florian Freistetter: andreas meinte mit “unserer nächsten Nachbarschaft” wohl nicht unser Sonnensystem, sondern nahegelegene Sterne, deren Planeten wir mit der Transitionsmethode nicht entdecken können, weil wir von “oben” auf deren Planetensystem blicken