Bis jetzt haben wir keine Planeten gefunden. Und dann immer noch keine Planeten, aber jede Menge Staub. Endlich gab es Planete, die waren aber irgendwie komisch. Und dann echte Planeten, die aber noch viel komischer waren. Das lag nicht unbedingt am Universum – sondern mehr an unseren Instrumenten. Die waren nicht gut genug, um normale Planeten zu finden. Mit der im letzten Teil der Serie beschriebenen Radialgeschwindigkeitsmethode und dem damaligen Stand der Technik fand man bevorzugt sehr große Planeten die sich nahe an ihrem Stern befanden. Die große Wende kam erst im Jahr 2006.

Im Dezember 2006 wurde das Weltraumteleskop CoRoT ins All geschossen. Eine seiner Aufgaben war es, neue Planeten zu finden. Die Suche nach Exoplaneten verlagerte sich langsam von der Erde ins Weltall. Im Jahr 2009 startete auch die NASA ihr eigenes Teleskop: Kepler. Im Gegensatz zum europäischen CoRoT-Teleskop das auch noch andere Aufgaben hatte, war Kepler voll und ganz auf die Suche nach Exoplaneten ausgerichtet. Aber sowohl Kepler als auch CoRoT waren erfolgreich. Das lag vor allem an der Art und Weise, wie sie suchten. Sie verwendeten nicht die Radialgeschwindigkeitsmethode, sondern suchten nach Transits.

Das Kepler-Teleskop (Bild: NASA/Ames/JPL-Caltech)

Das Kepler-Teleskop (Bild: NASA/Ames/JPL-Caltech)

Von “Transit” spricht man, wenn man von der Erde aus einen Himmelskörper vor einem anderen Himmelskörper vorüber ziehen sieht. Bei einer Sonnenfinsternis schiebt sich zum Beispiel der Mond vor die Sonne und wir beobachten einen ziemlich dramatischen Transit. Etwas weniger spektakulär ist ein Venus- oder Merkurtransit. Hier zieht ein Planet vor der Scheibe der Sonne vorüber. Letztes Jahr im Sommer konnten wir von der Erde aus einen Venustransit beobachten. Man musste allerdings wissen, wann es so weit ist. Denn im Gegensatz zu einer Sonnenfinsternis bemerkt man vom Venustransit nichts, wenn man keine optischen Hilfsmittel einsetzt. Im Vergleich zur Sonne ist die Venus winzig und selbst wenn sie vor der Sonne vorüber zieht, blockiert sie nur eine winzige Menge ihres Lichts. Viel zu wenig, um es mit freiem Auge zu bemerken. Aber genug, um mit sensitiven Instrumenten gemessen zu werden.

Dieses Prinzip funktioniert nicht nur mit der Venus und der Sonne. Wir können damit auch Planeten entdecken. Wenn ein ferner Stern von einem Planeten umkreist wird, können wir diesen Planeten nicht direkt sehen. Wir können aber das Licht des Sterns beobachten und seine Intensität messen. Und wenn wir Glück haben und genau unter dem richtigen Winkel auf den Stern blicken, dann zieht der Planet genau vor dem Stern vorüber. Und das Licht des Sterns wird ein ganz klein wenig schwächer. Jedesmal wenn der Planet auf seiner Runde um den Stern wieder in unser Blickfeld rückt, sehen wir einen Mini-Transit und eine kleine Verdunkelung des Sterns. Aus der Art und Weise wie diese Verdunkelung abläuft, können wir die Eigenschaften des Planeten bestimmen.

Während eines Transits wird das Licht des Sterns kurz dunkler (Bild: TEP-Netword, Deeg & Carrido)

Während eines Transits wird das Licht des Sterns kurz dunkler (Bild: TEP-Netword, Deeg & Carrido)

Und wenn die Astronomen eines wirklich gut können, dann ist es die Helligkeit von Sternen zu bestimmen. Selbst winzige Veränderungen von einem Tausendstel Prozent kann man hier messen und damit auch kleine Planeten finden. Das gilt ganz besonders, wenn man Teleskope benutzt, die sich im All befinden und die nicht durch die Störungen in der Erdatmosphäre behindert werden.

Die ersten Planeten, die CoRoT und Kepler entdeckt haben, waren natürlich auch groß und nahe an ihrem Stern. Denn auch die Transitmethoden funktioniert mit diesen Planeten am besten. Große Planeten erzeugen eine stärkere Verdunkelung und wenn sie dem Stern nahe sind, dann umkreisen sie ihn schnell und es die Verdunkelungen passieren öfter. Aber das gute an Weltraumteleskopen ist, dass sie den Himmel ständig beobachten können. Es gibt kein schlechtes Wetter und es gibt keine störende Sonne. Und je länger CoRoT und Kepler die Sterne beobachteten, desto mehr Planeten fanden sie. Planeten, die nun auch kleiner waren und weiter weg von ihrem Stern.

Der erste Durchbruch kam im Februar 2009. Da wurde die Entdeckung von CoRoT-7b bekannt gegeben. Dieser Planet war der erste, der definitiv KEIN Gasplanet war. Es war ein Planet mit fester Oberfläche, ein felsiger Planet, etwas, was die Wissenschaftler erdähnlicher Planet nennen. Nicht, weil die Bedingungen für Leben dort ebenso optimal sind wie auf der Erde. Die Erde steht hier stellvertretend für die Gruppe der kleinen, felsigen Planeten und im Gegensatz zu den riesigen Planeten aus Gas, die man bisher gefunden hatte. Aber “normal” war CoRoT-7b immer noch nicht. Der Planet war das, was wir heute “Supererde” nennen.

Unser Sonnensystem besteht aus acht Planeten. Vier davon sind Gasplaneten. Jupiter ist der größten, danach kommt Saturn und schließlich die etwas kleineren Planeten Uranus und Neptun. Die Gasriesen bestehen fast vollständig aus einer dichten Atmosphäre und eine feste “Oberfläche” im vertrauten Sinn haben sie nicht. Die Atmosphäre wird einfach immer dichter, je tiefer man in sie eindringt bis im Zentrum der Druck irgendwann so groß wird, dass man dort seltsame Materialien wie zum Beispiel “metallischen Wasserstoff” trifft. Die anderen vier Planeten sind Merkur, Venus, Erde und Mars. Sie sind deutlich kleiner als die Gasriesen, haben eine im Vergleich dünne Atmosphäre beziehungsweise gar keine und eine feste Oberfläche. Sie bestehen aus einem Nickel-Eisen-Kern der von einer Gesteinsschicht umgeben ist. Die Erde ist der größte dieser erdähnlichen Planeten. Aber nur im Sonnensystem – es spricht nichts dagegen, dass es anderswo erdähnliche Planeten gibt, die noch größer sind.

Und CoRoT-7b war genau einer davon. Sein Radius beträgt das 1,6fache des Erdradius und er ist neun Mal schwerer als unser Planet. Diese XXL-Erden sind die Supererden und auch wenn es in unserem Sonnensystem keine davon gibt, haben wir sie überall sonst gefunden!
CoRoT-7b hat sogar noch einen Nachbarn, CoRoT-7c, der sich ebenfalls als Supererde herausstellte.

Künstlerische Darstellung von CoRoT-7b (Bild: ESO/L. Calcada)

Künstlerische Darstellung von CoRoT-7b (Bild: ESO/L. Calcada)

Im Laufe der Zeit wurden immer mehr Supererden entdeckt (Ludmila hat ein paar schöne Artikel über die Suche und die dabei auftretenden Probleme geschrieben, in diesem Artikel findet ihr die Links). Auch die Theoretiker machten sich Gedanken darüber, wie diese Planeten aufgebaut sein könnten und aussehen. Es gibt im Wesentlich zwei Gruppen: Einmal die felsigen Supererden. Simpel gesagt sind sie wie unsere Erde, nur größer und schwerer. Ganz anders die zweite Gruppe: Wasserplaneten! Das sind Planeten, die komplett von einem tiefen Ozean bedeckt sind; ein Ozean der unter Umständen nicht mal einen Meeresboden hat. Diese Wasserwelten wären völlig anders, als wir es uns vorstellen können. Nur wenn die Temperaturen auch denen auf der Erde entsprechen, hätte man einen echten Ozeanplanet; einen Planet mit einem gigantischen Meer das den Ozeanen der Erde ähnelt. Aber die Supererden können seltsam sein. Wenn sie ihrem Stern sehr nahe sind, ist es dort sehr warm. Die Atmosphären können viel dichter sein und einen enormen Druck erzeugen. Die hohen Temperaturen und der hohe Druck machen seltsame Sachen mit dem Wasser. Es kann dort etwas geben, dass die Wissenschaftler “heißes Eis” nennen und man hat sogar schon Planeten gefunden, auf denen man genau diese seltsame Art von Wasser vermutet.

Die Supererden sind wirklich fremde Welten. Wir haben hier noch längst nicht alles entdeckt, was möglicherweise vorhanden ist. Ein Planet kann 10 bis 20 Mal schwerer als die Erde werden, bevor er sich zu einem Gasplaneten entwickelt. Wenn ein junger Planet während der Planetenentstehung so schwer wird, dann hat er auch genug Eigengravitation um Wasserstoff und andere leicht flüchtige Gase festhalten zu können. Auf diese Weise können sie sich zu gigantischen Gasriesen entwickeln, wie Jupiter einer ist. Bleiben sie unter der Grenze, dann werden sie zu Supererden.

Wir haben bis jetzt noch keine Supererde gefunden, auf der ähnliche Bedingungen herrschen wie auf der Erde. Aber es ist durchaus möglich, dass sich dort Leben entwickelt. Vermutlich wäre es ganz anders als bei uns. Die Schwerkraft ist dort viel stärker und die Lebewesen würden ganz anders aussehen. Aber es gibt keinen prinzipiellen Grund, warum sich dort kein Leben entwickeln sollte. Manche Wissenschaftler (wie zum Beispiel Dimitar Sasselov in seinem Buch “The Life of Super-Earths”) denken sogar, dass Supererden viel besser für das Leben geeignet sind als unsere normale Erde. Aufgrund ihrer Größe läuft dort die Plattentektonik ein wenig anders als bei uns und das beeinflusst die komplette Biosphäre (die Tektonik bestimmt zum Beispiel, wie viel CO2 im Gestein gebunden oder in der Atmosphäre verfügbar ist und kann so die Temperatur des Planeten regeln).

Noch verstehen wir die Supererden zu wenig, um zu wissen, ob sie wirklich besser für das Leben geeignet wären als unsere Erde. Bis sich das ändert, müssen wir weiter nach der “zweiten Erde” suche, einem Zwilling im All, der die gleichen Bedingungen für das Leben bietet wie unser Planet. Und was das angeht, sind wir auf einen guten Weg. Mittlerweile sind die Instrumente der Astronomen gut genug geworden, um auch diese Himmelskörper finden zu können…

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Kommentare (22)

  1. #1 Faldrian
    3. April 2013

    Spannend, sowas beflügelt ja wieder Gedanken in Richtung Sci-Fi, in denen man mal durchspielt, was für Leben da sein könnte. :)

    Btw. Ich glaube da hast du einen Fehler in der Bezeichnung: “CoRoT-7b hat sogar noch einen Nachbarn, CoRoT-7b, der sich ebenfalls als Supererde herausstellte.”
    Beide Male “CoRoT-7b”?

  2. #2 Hermann Leopold
    3. April 2013

    Hochinteressant!

    Aber habe ich das jetzt richtig verstanden? Im Kern von z.B. Jupiter steckt eine Supererde bzw. am Anfang von Jupiter stand eine Supererde?

  3. #3 tina
    3. April 2013

    Spannend! Vor allem, wenn man sich klar macht, dass diese Erkenntnisse und Entdeckungen alle erst in den letzten Jahren passiert sind. Und wir sind sozusagen live dabei. Klasse!

  4. #4 Florian Freistetter
    3. April 2013

    @Hermann Leopold: Naja, man darf sich das nicht so vorstellen, als würde man nur weit genug durch die Wolken Jupiters tauchen müssen, um zu einer echten Erde zu gelangen. Was immer dort im Kern ist, ist durch den Druck und die Temperaturen so dramatisch modifiziert worden, dass es mit den normalen Aggregatszuständen der Materie die wir kennen, wenig zu tun hat…

  5. #5 Gustav
    3. April 2013

    Wird inzwischen shchon ein Modell der Gasplanetenenstehung favorisiert? Meines Wissens gibts da ja zwei Modelle: Da wo sich ein Gesteinsplanet entwickelt, der dann so schwer wird, dass er massigst Gas ansammelt.

    Und das zweite Modell, wodurch Gasplaneten durch lokale Instabilitäten in der Akkretionsscheibe enstehen. Dabei würde auch ein fester Kern entstehen, weil die schwereren Elemente absinken. Aber der Kern wäre bei weitem kleiner als im Modell, wo eine Supererde Gas ansammelt. Beim zweiten Modell geht man am Beispiel Jupiter nur von sehr wenigen Erdmassen für den Kern aus. Beim ersten Modell ist man dann schon bei über 20 Erdmassen.

  6. #6 Florian Freistetter
    3. April 2013

    @Gustav: Also soweit ich weiß, geht man von einer Enstehung aus, bei dem der Planet langsam wächst und nicht wie ein Stern durch Kollaps entsteht. Das passiert wahrscheinlich bei den braunen Zwergen.

  7. […] vormittag habe ich in meiner Serie über Exoplaneten über die Supererden berichtet. Dimitar Sasselov hat viele davon gefunden und in einem schönen TED-Talk berichtet er über die […]

  8. #8 Phero
    3. April 2013

    Wie können denn Wasserwelten ohne Boden entstehen? Die Planeten müssen doch irgendwann einmal angefangen haben. Oder wurde die feste Oberfläche sozusagen abgerieben?

  9. #9 Gustav
    3. April 2013

    @Florian: Ah, okay, danke. Gibts da laos einen gravierenden Unterschied bei der Planeten- und Sternentstehung. Bisher gabs ja zumindestens die Außenseitertherie, glaub irgendwas mit Scheiben-Instabilitäts Theorie.

  10. #10 Florian Freistetter
    3. April 2013

    @Phero: “Wie können denn Wasserwelten ohne Boden entstehen? Die Planeten müssen doch irgendwann einmal angefangen haben. Oder wurde die feste Oberfläche sozusagen abgerieben?”

    Naja, ein bisschen was anderes wird dort schon sein. Und das “Wasser” im Kern ist ja auch kein Wasser im herkömmlichen Sinne, man kann da auch nicht einfach “durchtauchen” wie z.B. im ersten Star-Wars-Film. Theoretisch kann es aber natürlich schon sein, dass sich ein Planet nur aus Eisteilchen bildet – die Frage ist halt, ob irgendwo genug davon da sind.

  11. #11 Hermann Leopold
    4. April 2013

    @Florian Danke für die Antwort; in der Tat hatte ich jetzt keine Erde inder Mitte von Jupiter erwartet (quasi Mittelerde ;-)), doch die Vorstellung, ein “fester” Körper stände am Anfang eines Gasriesen fand ich faszinierend.

  12. […] Astrodicticum Simplex hat eine neue Folge aus der Serie über Exoplaneten, diesmal geht es um Supererden. […]

  13. #13 hg.hil
    EF
    7. April 2013

    Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich der Planet eines fernen Sonnensystems genau in die Verbindungslinie Erde-Fixstern bewegt? Mit Sicherheit wesentlich unterhalb der Wahrscheinlichkeit, mit der sich der Mond genau zwischen Sonne und Erde schiebt. Wenn nicht die Bahnebene des hier postulierten Planeten genau in Richtung auf unser Sonnensystem ausgerichtet ist, und das erscheint nochmals sehr unwahrscheinlich, wird gar nichts zu beobachten sein.
    Die Beobachtung geringfügiger Strahlungs-Schwankungen von Fixsternen als Auswirkung von Plaeten zu interpretieren, ist spekulativ. Schon seit langem sind veränderliche Sterne bekannt. Mit den heute möglichen Beobachtungsverfahren gelingt offensichtlich der Nachweis, dass die Abstrahlung der Fixsterne nicht völlig konstant ist, sondern stets mehr oder weniger oszilliert.

  14. #14 Florian Freistetter
    7. April 2013

    @hg.hil: “Schon seit langem sind veränderliche Sterne bekannt. “

    Korrekt. Aber die Astronomen sind nicht dumm. Die sind durchaus in der Lage, zwischen dem Effekt eines Planeten und einem veränderlichen Stern zu unterscheiden. Und dann gibts ja noch die Planeten, die mehreren unabhängigen Methoden unabhängig voneinander gefunden worden sind…

  15. #15 PDP10
    7. April 2013

    @hg.hil:

    “Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich der Planet eines fernen Sonnensystems genau in die Verbindungslinie Erde-Fixstern bewegt?”

    Sehr, sehr klein.

    Aber es gibt nunmal sehr, sehr viele Sterne in unserer Milchstrasse und sogar in unserer näheren Umgebung (paar Hundert Lichtjahre) sind es so viele, dass die Wahrscheinlichkeit einen Treffer zu landen wiederum gar nicht soooo klein ist.

  16. #16 Alderamin
    8. April 2013

    @hg.hil

    Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich der Planet eines fernen Sonnensystems genau in die Verbindungslinie Erde-Fixstern bewegt?

    1:340 für die Erde aus großer Entfernung. Viele der entdeckten Planeten sind sehr viel näher an ihrem Stern. Da Kepler an die 200.000 Sterne im Blick hat, sind genug dabei, bei denen Planeten im Transit vor dem Stern vorbeiziehen.

    Sternflecken und Pulsationen zeigen eine völlig andere Lichtkurve als ein Transit, wo eine kreisförmige Scheibe sich vor eine kreisförmige Sternscheibe bewegt. Bei Pulsationen kommt noch ein Dopplereffekt durch die sich bewegende Sternoberfläche hinzu, die man bei Transits nicht feststellen kann.

    Planeten werden bei Kepler nur dann als Kandidaten geführt, wenn sie mindestens dreimal vor ihrem Stern vorbeiziehen. Dann hat man zwei komplette Umlaufperioden. Außer Pulsaren pulsiert kein Stern mit einer so exakten Periode wie der Umlauf eines Planeten. Man kann man die Planetentransits auch an der exakten Wiederholung der Umlaufzeit erkennen.

  17. […] auch die Umlaufzeit). Blaue Kreise symbolisieren bekannte Planeten (hellblau sind die, die mit der Transitmethode entdeckt wurden; dunkelblau die anderen). Die roten bzw. rot gefüllten Kreise geben an, wo die […]

  18. […] – aber die Autoren meinen, ein Planet mit der zwei- bis dreifachen Masse der Erde (eine Supererde) wäre noch besser für Leben […]

  19. […] Sternen haben wir aber mittlerweile Planeten gefunden, die diese Lücke füllen. Das sind die “Supererden”, also Gesteinsplaneten mit fester Oberfläche, die aber ein vielfaches des Gewichts der Erde haben […]

  20. […] die Erde und das ist schon ein ordentliches Stück mehr. Es handelt sich also um eine sogenannte Supererde und keinen erdähnlichen Planeten. Die Masse von Kepler-452b ist nicht bekannt (man weiß nur, dass […]

  21. […] “Supererden” habe ich schon sehr oft berichtet. Diese spezielle Klasse von Planeten ist ja auch höchst interessant! Es handelt sich um felsige Planeten mit einer festen Oberfläche, […]

  22. […] sind. Dort gibt es Planeten die größer als die Erde aber kleiner als Neptun sind; sogenannte Supererden. Und so weiter – es gibt eine große Vielfalt an möglichen […]