Morgen spielt die Schweiz das erste Mal in einem Achtelfinale bei einer Fußball-Europameisterschaft. Aber schon 1995 waren zwei Schweizer die Ersten: Nämlich bei der Entdeckung der extrasolaren Planeten. Der Planet, den sie damals gefunden haben, war ein sogenannter “heißer Jupiter”, ein so seltsames Objekt, dass man zuerst sogar dachte, es müsse sich um einen Messfehler handeln. Der Himmelskörper war aber real und heute wissen wir auch, warum er so seltsam ist.

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Transkription

Sternengeschichten Folge 187: Heiße Jupiter

Jahrhunderte haben die Menschen nach Planeten gesucht, die nicht unsere Sonne sondern andere Sterne umkreisen. Jahrhunderte lang blieb die Suche nach solchen Exoplaneten erfolglos. Erst gegen Ende des 20. Jahrhunderts hatte man Erfolg und heute kennen wir Tausende solcher Planeten. Wir wissen mittlerweile, dass sie überall zu finden sind. Wir wissen aber auch, dass die Planeten anderer Sterne nicht immer so sind, wie wir das aus unserem Sonnensystem kennen.

Unser Sonnensystem ist einigermaßen geordnet. Es besteht aus acht Planeten. Vier davon sind eher klein, bestehen hauptsächlich aus Gestein und Metall und haben eine feste Oberfläche. Diese vier, Merkur, Venus, die Erde und der Mars nehmen die vier innersten Umlaufbahnen um die Sonne herum ein. Die anderen vier Planeten sind groß, bestehen zu einem großen Teil aus Gasen wie Wasserstoff und Helium und besitzen keine feste Oberfläche. Die großen vier – Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun – umkreisen die Sonne weit außen.

Diese Ordnung mit den kleinen, festen Planeten innen und den großen, gasförmigen außen war das, was man eigentlich auch erwarten würde. Es ist das Resultat, dass sich ganz natürlich bei der Entstehung von Planeten einstellt, wie ich in Folge 67 der Sternengeschichten ausführlich erklärt habe. Weiter außen um einen Stern gibt es mehr Material aus dem Planeten entstehen können und deswegen sind dort auch die größeren Planeten zu finden.

Künstlerische Darstellung von Dimdium und Helvetios (Bild: ESO/M. Kornmesser/Nick Risinger (skysurvey.org))

Künstlerische Darstellung von Dimdium und Helvetios (Bild: ESO/M. Kornmesser/Nick Risinger (skysurvey.org))

Aber seit der Entdeckung der ersten Exoplaneten haben wir gelernt, dass sich nicht immer alle Planetensysteme an diese Regeln halten. Anderswo kann es erstaunlich anders aussehen. Gleich der allererste Exoplanet den man entdeckt hatte, war so ein Exot. Im Jahr 1995 haben die Schweizer Astronomen Michel Mayor und Didier Queloz den Stern 51 Pegasi beobachtet, der zu Ehren der Schweizer Wissenschaftler mittlerweile den offiziellen Namen “Helvetios” erhalten hat. Dabei handelt es sich um einen etwa 8 Milliarden Jahre alten gelben Zwergstern im Sternbild Pegasus, der gerade noch so hell leuchtet, dass er von der Erde aus unter guten Bedingungen mit freiem Auge sichtbar ist.

Nicht sichtbar ist dagegen der Planet, der den Stern umkreist. Zumindest nicht ohne technische Hilfsmittel. Auch Mayor und Queloz haben den Planeten nicht direkt gesehen, aber sie konnten messen, dass der Stern wackelt, weil er von der Gravitationskraft des Planeten beeinflusst wird. Aus der Stärke und der Periode dieses Wackelns lassen sich die Eigenschaften des Planeten bestimmen und die waren so seltsam, dass viele Astronomen anfangs eher skeptisch waren.

Der Planet ist etwa halb so schwer wie Jupiter, weswegen er auch den offiziellen Namen “Dimidium” bekommen hat; aus dem lateinischen für “die Hälfte”. Die Masse ist noch nicht außergewöhnlich, dafür aber seine Umlaufbahn. Für eine Runde um den Stern braucht Dimidium nur 4,2 Tage. Das ist erstaunlich schnell! Merkur, der Planet der unserer Sonne am nächsten ist, braucht immerhin 88 Tage für eine Runde. Damit Dimidium einen Umlauf so schnell hinter sich bringen kann, muss er dem Stern auch sehr nahe sein. Sein Abstand beträgt nur knapp 7,5 Millionen Kilometer – damit ist er Helvetios 20 Mal näher als die Erde der Sonne!

Es ist nicht überraschend, das man gerade so einen Planeten als Erstes entdeckt hat. Je größer und näher ein Planet seinem Stern ist, desto stärker bringt er ihn auch zum Wackeln. Überraschend war die Tatsache, dass er überhaupt existiert! Aber in den Jahren nach dieser ersten Entdeckung fanden Astronomen noch viel mehr solcher großen Planeten in engen Umlaufbahnen um ihren Stern. Man nennt diese neue Gruppe von Himmelskörpern die “heißen Jupiter” und versteht mittlerweile auch, wie sie entstanden sind. Ich habe das in Folge 68 der Sternengeschichten ausführlich erklärt; kurz gesagt geht es darum, dass die Planeten zwar tatsächlich weiter entfernt von ihrem Stern entstehen, dort aber nicht bleiben. Die Wechselwirkung mit all dem anderen Material das in der Entstehungszeit der Planeten noch den Stern umkreist führt dazu, dass sie langsam nach innen in Richtung des Sterns wandern können.

Die Nähe zum Stern hat natürlich Auswirkungen auf die Planeten. Sie werden sehr heiß und dehnen sich durch die Hitze stark aus. Ihre Dichte ist daher oft sehr gering. In extremen Fällen, wenn sich Stern und Planet besonders nahe sind, kann die Temperatur so hoch werden, dass sich die Gasteilchen in der Atmosphäre des Planeten so schnell bewegen dass sie von dessen Gravitationskraft nicht mehr zurück gehalten werden können. Große Gaswolken können vom heißen Jupiter entkommen und die Planeten lösen sich im Laufe der Zeit regelrecht auf.

Wir wissen außerdem, dass die Bahnen der heißen Jupiter sehr oft nicht in der Rotationsebene der Sterne liegen, sondern stark geneigt sind. Auch das ist ein Resultat der Wanderung der Planeten durch das Planetensystem und des dabei stattgefundenen Einfluss der anderen Himmelskörper.

Die Gezeitenkräfte zwischen Planet und Stern sind ebenfalls besonders stark. Bei Erde und Mond haben die Gezeiten dafür gesorgt, dass der Mond der Erde immer die selbe Seite zeigt. Bei den heißen Jupitern passiert das ebenfalls: Viele von ihnen weisen immer die gleiche Seite in Richtung ihres Sterns. Dort ist es dann natürlich enorm heiß; auf der anderen Seite herrscht ewige Nacht mit entsprechend niedrigeren Temperaturen.

Aber auch die Sterne selbst werden von den nahen Planeten beeinflusst. Die Gezeiten beeinflussen nicht nur die Rotation des Planeten. Auch der Stern selbst spürt die Gezeitenkraft des Planeten und dadurch dreht er sich immer schneller um seine Achse. Dadurch wird die magnetische Aktivität erhöht; es gibt viel mehr Sternflecken und Protuberanzen, also große Explosionen bei denen Sternmaterial ins All geschleudert wird.

Am Ende kann der Stern den Planet sogar komplett zerstören. Nicht immer sind die Bahnen der heißen Jupiter für lange Zeiten stabil. Wenn sie sich zu nahe sind, kann die Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit beim Stern so groß werden, dass er durch die Zentrifugalkräfte abgeplattet wird. Die veränderte Form des Sterns verstärkt den Einfluss, den er auf die Bewegung des Planeten hat sodaß der immer näher an den Stern heran rückt. Bis irgendwann beide miteinander kollidieren, verschmelzen und eine sogenannte leuchtkräftige rote Nova stattfindet. Rein theoretisch sollte so etwas in unserer Milchstraße ein paar Mal pro Jahrzehnt vorkommen; zweifelsfrei beobachtet hat man dieses Ereignis aber noch nicht.

Künstlerische Darstellung eines heißen Jupiters (Bild: NASA, ESA, and G. Bacon (STScI))

Künstlerische Darstellung eines heißen Jupiters (Bild: NASA, ESA, and G. Bacon (STScI))

Dafür haben wir noch nicht genug heiße Jupiter gefunden. Bei Sternen, die unserer Sonne ähnlich sind, machen sie zwar nur ungefähr 1 Prozent der Planeten aus. Bei anderen Sternen könnten sie dagegen häufiger sein. Ganz genau lässt es sich allerdings noch nicht sagen; dafür haben wir leider noch zu wenig Sterne und ihre Planeten beobachtet.

Dass es bei uns keine solchen heißen Jupiter gibt, ist dagegen ein Glücksfall. Bei seinem Weg durch das Sonnensystem hätte ein heißer Jupiter die junge Erde vermutlich zerstört oder aber aus dem Sonnensystem geschleudert. Das dachte man zumindest früher; neue Daten zeigen, dass das vielleicht doch nicht so sein muss. Die Wanderung heißer Jupiter in die Nähe ihrer Sterne könnte längst nicht so katastrophal für den Rest des Planetensystems sein, wie angenommen. Größere und kleinere Himmelskörper die zu diesem Zeitpunkt schon entstanden waren, könnten zwar tatsächlich darunter leiden. Aber anstatt komplett aus dem System geworfen zu werden, könnte die Wanderung des heißen Jupiters das ganze Material einfach nur ein wenig durchmischen. Wenn er seinen Weg zum Stern beendet hat, können aus dem ganzen Zeug wieder neue Planeten entstehen. Planeten, die durch die Durchmischung dann vielleicht sogar lebensfreundlicher sind als unsere Erde. Die Computersimulationen haben gezeigt, dass solche Planeten besonders viel Wasser enthalten könnten.

Ob heiße Jupiter ein Planetensystem nun aber wirklich lebensfeindlich oder erst besonders freundlich machen, können wir noch nicht sagen. Dazu müssen noch mehr Planeten entdeckt und beobachtet werden. Fest steht aber: Die Erforschung dieser seltsamen Himmelskörper hat uns in den letzten Jahrzehnten gezeigt, wie enorm vielfältig die Planeten im Universum sein können. Unser eigenes Sonnensystem ist nur ein kleiner Ausschnitt dessen, was da draußen zu finden ist.

Kommentare (14)

  1. #1 Conelius
    H
    24. Juni 2016

    Jetzt stellt sich mir natürlich die Frage, wie alt denn Dimidium jetzt ist, und wie lange er schon derart nahe an seinem Stern seine Runden dreht.

  2. #2 Florian Freistetter
    24. Juni 2016

    @Conelius: “Jetzt stellt sich mir natürlich die Frage, wie alt denn Dimidium jetzt ist,”

    Der Stern ist ca 8 Mrd Jahre alt; so alt ist auch der Planet. Und seine Umlaufbahn hat er seit seiner Entstehungszeit – ist also auch seit ~8 Mrd so nahe an seinem Stern.

  3. #3 Artur57
    24. Juni 2016

    Hingegen unsere Planeten bleiben ja stets auf ihrer Bahn und verändern diese nicht. Das liegt daran, dass die Planeten als kosmische Staubsauger funktionieren und Gas und Staub einfach eingesammelt haben. Stets im richtigen Abstand kommt ein Planet. Beziehungsweise seit heute vielleicht nicht mehr. Weiß man schon, ob der Brexit die Erde aus der Bahn geworfen hat?

    Dass dies eine Besonderheit ist, wusste man bisher nicht. Das wäre schon eine Untersuchung wert, wie unser Sonnensystem das geschafft hat. Ähnliches hat man ja noch nicht entdeckt und auch keine Sonne mit 8 Planeten. Die Stabilität der Planetenbahnen ist schon auch eine Bedingung für das Leben, denke ich. Ein Jupiter, der die Erdbahn kreuzt, den könnten wir vielleicht überleben. Aber richtige Gemütlichkeit will da nicht aufkommen.

  4. #4 Florian Freistetter
    24. Juni 2016

    @Artur: “Hingegen unsere Planeten bleiben ja stets auf ihrer Bahn und verändern diese nicht. Das liegt daran, dass die Planeten als kosmische Staubsauger funktionieren und Gas und Staub einfach eingesammelt haben. Stets im richtigen Abstand kommt ein Planet.”

    Das stimmt nicht. Auch die Planeten im Sonnensystem sind gewandert. Aber nicht so stark. http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2009/11/17/wenn-planeten-wandern-gehen-planetare-migration/?all=1

  5. #5 Conelius
    24. Juni 2016

    OK, das heißt:
    A) Er ist nicht migriert.
    B) Er hat “früher”, also zu Beginn seiner Existenz, vielleicht anderthalb mal so viel Masse gehabt wie derzeit (Erosionsrate bestimmbar?)
    – wie geht das zusammen? Masseverlust = Umlaufbahnänderung, hab ich mal gelernt…
    C) Helvetios ist am Ende seiner Existenz als “normaler” Stern angelangt, wird vermutlich “demnächst” seine Hülle extrem ausdehnen, und damit Dimidion kannibalisieren – verlängertes Sternenleben durch neuerliche Wasserstoffzufuhr?

  6. #6 Captain E.
    24. Juni 2016

    @Artur57:

    Wahrscheinlich haben wir schon längst Sonnensysteme mit 8 oder mehr Planeten untersucht. Wir haben sie dann aber bislang nicht erkannt. Je kleiner, desto schwieriger sind sie aufzuspüren. Vielleicht wird das bald etwas mit erd- und venusähnlichen Planeten, aber da bleiben immer noch Planeten in der Größe von Mars oder eben Merkur.

  7. #7 Artur57
    24. Juni 2016

    @Cornelius

    Das wundert mich jetzt aber auch. Im Artikel steht:
    kurz gesagt geht es darum, dass die Planeten zwar tatsächlich weiter entfernt von ihrem Stern entstehen, dort aber nicht bleiben. Die Wechselwirkung mit all dem anderen Material das in der Entstehungszeit der Planeten noch den Stern umkreist führt dazu, dass sie langsam nach innen in Richtung des Sterns wandern können.

    Also ich ging davon aus, der Planet sei migriert. Gasplaneten in unserem Sonnensystem sind ja auch weiter außen entstanden, jenseits der “Schneegrenze”, wo der Sonnenwind nicht mehr die Kraft hat, den Wasserstoff wegzublasen.

    @Florian
    Ja, aber unser Sonnensystem ist wenigstens jetzt weitgehend gas- und staubfrei. Das wollte ich sagen.

  8. #8 Florian Freistetter
    24. Juni 2016

    @Cornelius: Doch, natürlich ist der Planet migriert. Aber es dauert ein paar hunderttausend bis Millionen Jahre, bis Planetenentstehung/Migration abgeschlossen sind. Das ist vernachlässigbar wenig, wenn man es mit dem gesamten Alter des Systems vergleicht. Als die Planeten “fertig” entstanden waren waren sie auch fertig migriert.

    ” Masseverlust = Umlaufbahnänderung, hab ich mal gelernt…”

    Stimmt – aber nicht die einzige Ursache. Ich hab im Text ja auf die Podcastfolge verwiesen, wo ich den Mechanismus der Migration genauer erklärt habe. Hier stehts auch: http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2009/11/17/wenn-planeten-wandern-gehen-planetare-migration/?all=1

  9. #9 Higgs-Teilchen
    Im Standardmodell oben rechts
    24. Juni 2016

    @ Florian
    “Als die Planeten “fertig” entstanden waren waren sie auch fertig migriert.”

    Aha, okay. Danke. Damit erübrigt sich auch dann meine Frage.

  10. #10 schorsch
    24. Juni 2016

    Haben Menschen wirklich ‘Jahrhunderte’ lang nach Exoplaneten gesucht? Ich schätze, dass die Idee, andere Sterne könnten sonnenähnlich sein und Planeten besitzen, erst mit dem Zeitalter der Aufklärung, also seit drei- oder vierhundert Jahren, überhaupt vorstellbar geworden ist (die englische Wikipedia zitiert zum Thema Exoplanet Giordano Bruno). Ich halte es auch für denkbar, dass schon damals Leute sich (sehr, sehr akademische) Gedanken darüber gemacht haben, wie man solche Planeten vielleicht zukünftig mal aufspüren können.

    Aber wirklich nach Exoplaneten suchen dürften die Menschen doch wohl erst seit einem halben Jahrhundert. Oder haben Astronomen tatsächlich im 19. Jahrhundert schon geglaubt, mit den damaligen etwas besseren Ferngläsern wie z. B. dem ‘Leviathan’, Planeten um andere Sterne finden zu können?

  11. #11 Florian Freistetter
    25. Juni 2016

    @schorsch: “Oder haben Astronomen tatsächlich im 19. Jahrhundert schon geglaubt, mit den damaligen etwas besseren Ferngläsern wie z. B. dem ‘Leviathan’, Planeten um andere Sterne finden zu können?”

    Sie haben auf jeden Fall seit der griechischen Antike darüber nachgedacht, ob die Erde die einzige “Welt” ist, die es gibt. Ich hab in meinem Buch “Die Neuentdeckung des Himmels” einen historischen Überblick gegeben.

  12. #12 Pilot Pirx
    25. Juni 2016

    Mal eine Frage zu den Temperaturen dort. selbst bei gebundener Rotation sollte doch so eine dichte Atmosphäre für Ausgleich zwischen Tag- und Nachtseite sorgen. Da muß es doch viehische Stürme durch die Temperaturdifferenz geben, die für Ausgleich sorgen.

  13. #13 schorsch
    28. Juni 2016

    Mich stört’s halt ganz enorm, wenn schon im ersten Satz eines Artikels eine Behauptung auftaucht, die recht offenkundig aus der Luft gegriffen ist. Sowas könnte man auch mal unter ‘Schlechte Schlagzeilen’ behandeln.

    Ich hab’s jetzt zum dritten Mal versucht, die Transkription zu lesen, scheitere aber schon wieder am ersten Satz. Über heisse Jupiters werde ich mich wohl woanders informieren müssen.

  14. #14 Florian Freistetter
    28. Juni 2016

    @schorsch: Mich stört’s halt ganz enorm, wenn schon im ersten Satz eines Artikels eine Behauptung auftaucht, die recht offenkundig aus der Luft gegriffen ist.”

    Dass diese Behauptung NICHT “aus der Luft gegriffen ist” kannst du an vielen Stellen mit einem Minimum an Recherche rausfinden. Auf mein Buch das ich zu exakt diesem Thema geschrieben habe, habe ich ja schon verwiesen. Aber es gibt natürlich noch viel mehr (zB das hier: https://www.amazon.de/Extraterrestrial-Life-Debate-Antiquity-Source/dp/0268023689/ref=sr_1_1?ie=UTF8&qid=1467088429&sr=8-1&keywords=extraterrestrial+life+history+sources)

    Aber wenn du so enorm sensibel bist, dass es dir unmöglich ist meinen Text hier zu lesen: Hier gäbe es noch mehr Infos über heiße Jupiter: http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2013/04/07/die-wunderbare-welt-der-exoplaneten-die-komplette-serie/