Anfang des letzten Jahres gab es große Neuigkeiten: Die Hinweise auf die Existenz eines größeren Planeten der sich in den äußersten Regionen unseres Sonnensystems befindet, hatten sich verdichtet. Ich habe damals eine ausführliche Artikelserie über diesen “Planet 9” geschrieben (Teil 1, Teil 2, Teil 3, Teil 4). Das Problem an der Sache ist die Bestätigung. So ein Planet, sofern es ihn gibt, ist schwer zu finden. Er würde nur extrem schwach leuchten; er würde sich extrem langsam bewegen und man weiß auch nicht genau wo am Himmel man ihn suchen müsste. Aber natürlich will man ihn finden; ein weiterer Planet des Sonnensystems wäre nicht nur an sich eine ziemlich coole Sache sondern würde uns auch unschätzbare Informationen über die Entstehung und frühe Entwicklung des Sonnensystems liefern.

Planet 9: Vielleicht gibt es ihn, vielleicht  auch nicht Künstlerische Darstellung: Caltech/R.Hurt(IPAC)

Planet 9: Vielleicht gibt es ihn, vielleicht auch nicht Künstlerische Darstellung: Caltech/R.Hurt(IPAC)

Jede Menge Astronomen haben sich also seitdem jede Menge Gedanken gemacht, wie man Planet 9 finden könnte. Unter anderem Jean Schneider von der Pariser Sternwarte, der kürzlich eine interessante Arbeit veröffentlicht hat (“Measuring the radius and mass of Planet Nine”). Er hat sich nicht mit einer direkten Beobachtung beschäftigt sondern mit den indirekten Auswirkungen der Existenz von Planet 9. Wenn es ihn gibt, dann besteht eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass der Planet von uns aus gesehen direkt vor einem der vielen Sterne am Nachthimmel vorüber zieht. Wenn das passiert, dann verdeckt der Planet das Sternenlicht und der Stern wird kurzfristig dunkel.

Aus so einer Beobachtung könnte man nicht nur die Existenz des Planeten selbst ableiten sondern auch ein paar seiner wichtigen Eigenschaften. Die Dauer der Sternverdunkelung hängt zum Beispiel von der Umlaufbahn des Planeten ab: Je weiter er von der Sonne entfernt ist desto langsamer bewegt er sich und desto länger dauert die Verdunkelung. Auch der Radius von Planet 9 kann aus so einem Ereignis bestimmt werden.

Aber: Wie wahrscheinlich ist es, so etwas tatsächlich zu beobachten? Das hat Schneider in seiner Arbeit ausgerechnet. Im Prinzip hängt der Erfolg von zwei Parameter ab: Wie viele Sterne kann man beobachten und wie lange beobachtet man sie? Man weiß ja nicht im vorhinein wo der Planet vorüber ziehen wird. Man muss also möglichst viele Sterne beobachten und das möglichst lange. Es hängt auch davon ab, in welcher Region sich Planet 9 gerade aufhält, denn der Blick in den Himmel zeigt nicht überall gleich viele Sterne.

Geht man von der wahrscheinlichsten Umlaufbahn aus, dann sollte man dort im Durchschnitt 10.000 Sterne die heller als die 21. Größenklasse leuchten pro Quadratgrad des Himmels finden. Mit freiem Auge kann man die natürlich nicht alle sehen aber die professionellen Teleskope schaffen das durchaus. Bei dieser Sterndichte und einer sechsmonatigen Beobachtungskampagne besteht aber trotzdem nur eine Chance von einem Tausendstel Prozent tatsächlich eine Sternbedeckung durch Planet 9 zu beobachten.

Will man die Chance auf wenigstens 10 Prozent erhöhen, dann muss man auch die schwächer leuchtenden Sterne beobachten. Und zwar alle bis zur 31. Größenklasse. Das sind jetzt schon wirklich schwach leuchtende Sterne. Diese Helligkeit liegt an der Grenze des derzeit Möglichen. Das Hubble-Weltraumteleskop kann es gerade noch so schaffen, solche schwachen Sterne zu sehen aber mit den Teleskopen der Erde ist das kaum zu schaffen. Dafür müssen wir auf die nächste Generation der (Weltraum)Teleskope warten.

Und vermutlich auch auf die Entdeckung von Planet 9. Es ist sehr unwahrscheinlich, dass man das Hubble-Weltraumteleskop ein halbes Jahr lang ausschließlich in den Dienst der Planetensuche stellt und das ohne zu wissen, ob man überhaupt etwas findet. Aber wenn Planet 9 irgendwo da draußen ist, dann werden wir ihn früher oder später entdecken. Und wenn wir erstmal genau wissen, wo er ist können wir die Sternbedeckungen vorhersagen und sie gezielt nutzen um mehr über seine Eigenschaften herauszufinden.

Kommentare (28)

  1. #1 Alderamin
    4. April 2017

    Vielleicht ist Planet 9 schon gefunden…

    Es gab in den letzten Tagen ein Zooniverse-Citizen-Science-Projekt, mit dem sonnenferne Asteroiden klassifiziert wurden. Die Aufnahmen stammten von einem 1,3 Meter Teleskop in Australien. In nur nur 3 Tagen wurden 5 Millionen Objekte klassifiziert, und nun gibt es keine Bilder mehr zu analysieren.

    4 bisher unbekannte Kandidaten wurden gefunden, die nun vom Anglo-Australian Telescope in Siding Spring näher beobachtet werden. Mit etwas Glück ist einer davon Planet 9 (und die anderen sind 10, 11 und 12 – just kidding 😉

  2. #2 Jost Eber
    4. April 2017

    Wird diese Methode nur auch zur Identifikation von Exo-Planeten verwendet? Wenn man jetzt 6 Monate über 10.000 Sterne beobachtet wäre es nicht viel wahrscheinlicher, dass man sehr viele Exo-Planeten entdeckt? Und wie könnte man eine evtl. Sichtung von Planet 9 hier herraus filtern?

  3. #3 Captain E.
    4. April 2017

    @Jost Eber:

    Ein relativ naher Planet kann sicherlich einen fernen Stern bedecken. Aber ein Planet, der selbst Lichtjahre weit weg ist?

  4. #4 Florian Freistetter
    4. April 2017

    @Jost Eber: Bei Exoplaneten funktioniert das so nicht. Die sind räumlich – von der Erde aus gesehen – nicht von den Sternen getrennt die sie umkreisen. Das was Schneider da in seiner Arbeit vorgeschlagen hat klappt nur bei Planeten, die die Sonne umkreisen.

  5. #5 pane
    4. April 2017

    wie beobachtet man denn ganz lichtschwache Sterne? Doch indem man stundenlang hinsieht. Da fällt es doch gar nicht auf, wenn der Stern mal ein paar Minuten nicht zu sehen ist.

  6. #6 AmbiValent
    4. April 2017

    @Jost Eber
    Eine Methode zur Entdeckung von Exoplaneten ist zwar die teilweise Bedeckung des Sterns durch seinen Planeten. Die Sterne dabei sind aber viel besser sichtbar, so dass es in den Daten auffällt, wenn auch nur ein kleiner Teil des Sterns von seinem Planeten bedeckt ist.

    Würde Planet 9 einen Stern bedecken, wäre der aber höchstwahrscheinlich sehr lichtschwach (weil im Hintergrund eines beliebigen Gebiets nun mal viel mehr ferne und/oder lichtschwache Sterne zu finden sind als nahe helle). Da fiele nur auf, wenn der Stern ganz verfinstert wäre.

    @pane
    Wenn es nur ein paar Minuten wären, dann hättest du recht. Aber Planet 9 würde sich extrem langsam bewegen, woraus dann eine längere Verfinsterung folgen würde.

  7. #7 Captain E.
    4. April 2017

    @AmbiValent:

    Bist du sicher, dass es wesentlich mehr als nur ein paar Minuten wären? Sicher, dieser Planet wäre deutlich größer als Pluto und auch deutlich weiter draußen, aber der Plutoschatten bei einer Okkulatation rast mit einem Irrsinnstempo über die Erdoberfläche. Wie lange würde der Planet-9-Schatten benötigen, um ein Teleskop zu passieren? Eine Stunde? Zwei?

  8. #8 Gerhard
    4. April 2017

    Eine naive Frage, aber ich stelle sie doch: Kann es so etwas wie eine Untergrenze an Gravitationskraft geben, ab der die Sonne einen Körper nicht mehr in einer Umlaufbahn halten kann? Wäre das wirklich ein reines Zweikörperproblem?

  9. #9 Florian Freistetter
    4. April 2017

    @Captain E: Wenn ich mich richtig erinnere (kann auf das paper gerade nicht zugreifen) dauert so eine Bedeckung ~1300 Sekunden. Das sind also ein paar Minuten. Registrieren kann man das aber trotzdem; man macht ja keine Analogbilder mehr sondern arbeitet digital und misst u.a. den Lichtfluss pro Zeit. Und wenn da weniger ankommt, merkt man das.

  10. #10 Alderamin
    4. April 2017

    @Captain E., Ambivalent

    Da die Erde sich sehr viel schneller als Planet 9 bewegt, braucht man nur ihre Bewegung zu betrachten und kann Planet 9 annährend als stillstehend annehmen.

    Angenommen, Planet 9 sei 500 AE von der Sonne (und Erde) entfernt und die Erde bewegt sich mit 30 km/s auf ihrer Bahn vorwärts. Dann macht ein Sekunde Fortbewegung eine Parallaxe von sin (30/(500*150E+6)) = 7E-12° = 2,5E-8″ aus. Da Planet 9 rund 10 Erdmassen haben soll, wird er wohl so um die 2 Erddurchmesser haben, d.h. rund 25000 km Durchmesser. Auf 500 AU sind das 2E-5″. Das ist das 833-fache der oben ausgerechneten 2,5E-8″ Parallaxe pro Sekunde, also würde eine Sternbedeckung maximal 833 Sekunden oder knapp 14 Minuten dauern.

  11. #11 Alderamin
    4. April 2017

    Meiner hat sich mit Florians Post überschnitten. Habe mal ins Paper geschaut, da werden 3 Erdradien angesetzt, dann kommt man mit meiner Rechnung auf auf 1250 Sekunden. Passt.

  12. #12 Montafoner
    4. April 2017

    Könnte man bei dieser Art der Beobachtung nicht mal so nebenbei “vagabundiernde Planeten” gleich mit entdecken?

  13. #13 AmbiValent
    4. April 2017

    @Gerhard
    Bei sehr schwachen Gravitationskräften ist kein Abfallen auf 0 registriert worden, eher tritt der umgekehrte Fall im galaktischen Maßstab auf, nämlich dass die Gravitationsbeschleunigung stärker ist, als sie sein sollte. (Als Lösungsvorschlag dafür gibt es die dunkle Materie)

    Die Sonne kann einen weit entfernten Körper aber aus anderen Gründen verlieren, nämlich wenn die Gravitation anderer Sterne ihn allmählich aus dem Orbit um die Sonne hinauszieht – aber da muss der Körper schon richtig weit weg sein (über 1 Lichtjahr).

  14. #14 pane
    4. April 2017

    Wenn man wirklich eine solche Sternverfinsterung entdeckt hat, hat man noch lange nicht Planet 9 gefunden. Es könnte ja alles mögliche sein. Aber zumindest wüsste man dann, wo man hinschauen müsste um Planet 9 zu finden. Allein das ist doch schon eine sehr große Hilfe.

  15. #15 Gerhard
    5. April 2017

    …doch zu naiv.

  16. #16 Gerhard
    5. April 2017

    @AmbiValent: Danke!! Das hilft schon mal weiter.
    Klingt fast schon lyrisch, deine Antwort. So empfinde ich sie. Schön: Wissenschaft!

  17. #17 Alderamin
    5. April 2017

    @pane

    Wenn man wirklich eine solche Sternverfinsterung entdeckt hat, hat man noch lange nicht Planet 9 gefunden. Es könnte ja alles mögliche sein.

    Es kommt nur darauf an, wie lange die Verfinsterung dauert. Sind es ein paar Minuten, hat man einen Planeten gefunden. Sind es nur Sekunden, dann war es nur ein Asteroid. Viel mehr Möglichkeiten gibt es nicht.

    Ferne Planeten oder andere massive Objekte erzeugen einen Gravitationslinseneffekt, d.h. der Hintergrundstern wird aufgehellt. Das kann man nicht mit einem Objekt im Sonnensystem verwechseln.

  18. #18 Captain E.
    5. April 2017

    @Alderamin&Florian Freistetter:

    Danke dafür! Der Planet-9-Schatten ist also an jedem beliebigen Punkt auf der Erdoberfläche in 14-21 Minuten durch. Ein stunden- oder gar tageslanges Beobachten kommt also tatsächlich nicht in Frage. (Meine Frage nach 1 oder 2 Stunden Dauer war zu hoch gegriffen, und im Grunde war ich auch von einer kürzeren Dauer ausgegangen.)

    Aber wenn diese Beobachtungszeit auch für lichtschwächere Sterne ausreicht, ist das ja in Ordnung. Problem ist nur, dass der Schatten relativ schmal sein dürfte. Wenn er das Teleskop verfehlt, sieht es nichts, und der größte Teil der Erdoberfläche ist mit Wasser bedeckt. Läuft der Schatten über den Ozean, haben nur satelliten- und flugzeuggestützte Teleskope wie Hubble oder SOFIA eine Chance, etwas zu sehen. Und natürlich weiß man leider nicht, wann denn so ein Schatten entsteht. Dazu müsste Planet 9 bereits entdeckt und berechnet sein.

  19. #19 Alderamin
    5. April 2017

    @Captain E.

    Problem ist nur, dass der Schatten relativ schmal sein dürfte. Wenn er das Teleskop verfehlt, sieht es nichts, und der größte Teil der Erdoberfläche ist mit Wasser bedeckt.

    Nö, der Schatten ist fast genau so groß wie das Objekt. Die Sterne sind ja quasi im Unendlichen. Das ist was anderes als bei einer Sonnenfinsternis, wo die Sonne vergleichsweise nahe und ausgedehnt ist und um den Mond herum scheint. Denke Dir die Sonne zunehmend weiter weg, dann würde auch der Mondschatten immer größer, weil der Winkeldurchmesser der Sonne immer kleiner würde.

  20. #20 Captain E.
    5. April 2017

    @Alderamin:

    Du meinst also, dass der Schatten jeden Punkt auf der Erdoberfläche bestreichen müsste? (Es sei denn, dass ein Teil des Schattens an der Erde vorbei fiele.)

  21. #21 Bullet
    5. April 2017

    Es kommt darauf an, wie groß der Planet ist. Bei Erdgröße: jo.

  22. #22 Alderamin
    5. April 2017

    @Captain E.

    Wenn der Schatten die Erde nicht nur streift, verdeckt er sie komplett, denn Planet 9 soll größer als die Erde sein, man muss dann nur auf der richtigen Seite der Erde beobachten. Bei einem Objekt, das größer als die Erde ist, ist die Chance zumindest groß, dass auch bei einer teilweisen Bedeckung ein großer Teil der Erde in den Schatten gerät.

    Wenn man natürlich ganz sicher gehen woltle, nichts zu verpassen, müsste man von überall auf der Welt beobachten, aber es geht ja um das statistische Argument, man kann das Aufwiegen, indem man länger guckt (z.B. doppelt so lange, verdoppelt die Trefferchance) oder schwächere Sterne aufnimmt (eine Größenklasse vervierfacht die Zahl der erreichbaren Sterne und damit auch die Trefferchance).

    SOFIA hilft da übrigens leider nicht viel, denn man weiß ja vorher nicht, wo man zur Beobachtung hin müsste, wo der Schatten auftaucht, und die Beobachtungen aus der Luft sind zeitlich beschränkter, das Teleskop kleiner, als viele irdische Geräte. Ich setze da ja meine Hoffnungen ganz auf das LSST, das mit ein paar Sekunden Belichtungszeit schon bis 25. Größenklasse erreicht und den gesamten Nachthimmel zweimal pro Woche ablichten soll, um alles aufzuspüren, was sich bewegt oder geflackert hat. Es wird auch Planet 9 finden, wenn es ihn gibt.

    Im Moment gibt es schon den Vorläufer Pan-STARRS, der aber nicht so tief geht und den Himmel nicht so oft durchmustert hat. Das Problem bei diesen Projekten ist, wie man mit den riesigen Datenmengen umgeht und darin irgendetwas findet. Dann bekommen auch Großrechner ordentlich was zu tun. Die Zeiten, wo man sich seinen Sternkatalog auf den Rechner lud und dann lokal darin suchte, sind mittlerweile vorbei und das Suchen ist der Flaschenhals geworden, las ich vor einer Weile in Sky & Telescope. Es kann sein, dass die großartigsten Entdeckungen längst auf irgendwelchen Festplatten schlummern und sie nur noch niemandem aufgefallen sind, weil keiner danach gesucht hat.

  23. #23 pane
    5. April 2017

    @Alderamin:
    Es könnte ein Hot Jupiter um einen roten Zwerg sein. Der rote Zwerg ist kaum größer als Jupiter, nur schwerer. Es könnte ein riesiger Sternfleck sein. Es könnte aber auch, ganz einfach, ein Instrumentenfehler sein. Man kann es ja nicht wiederholen.

    Sicherlich kann man aus den Daten eine Menge herauslesen und vieles ausschließen. Aber als abschließenden Beweis ist es, meiner Meinung nach, noch zu wenig.

  24. #24 Alderamin
    5. April 2017

    @pane

    Es könnte ein Hot Jupiter um einen roten Zwerg sein.

    Nö, das würde Stunden dauern und die normalerweise sind Sterne immer größer als Planeten, der Stern würde dann nicht komplett bedeckt. Und selbst wenn wäre die Bedeckung weniger plötzlich. Das kann man an der Lichtkurve unterscheiden. Außerdem wäre die Bedeckung periodisch mit ein paar Tagen Periode.

    Es könnte ein riesiger Sternfleck sein.

    Auch hier würde es länger dauern – kein Stern rotiert in Minuten. Der Helligkeitsabfall wäre geringer als bei einer Bedeckung und die Lichtkurve würde das flache Profil des Flecks am Sternrand wiederspiegeln. Auch hier wäre das Signal periodisch, es sei denn, der Stern drehte sich sehr langsam – dann dauerte das Ereignis aber erst recht länger als ein Transit eines Objekts im Sonnensystem.

    Es könnte aber auch, ganz einfach, ein Instrumentenfehler sein.

    Unwahrscheinlich, dass gleich eine ganze Bilderserie den Helligkeitsabfall zeigt (muss man aufnehmen, um die Dauer zu messen) und bei einem Ereignis von Minuten kann es dann auch kein Flugzeug sein, das vor dem Stern durchgeflogen ist. Zum Vermeiden von kaputten Pixels gibt es die Dithering-Technik, bei der die Kamera zwischen Einzelaufnahmen ein wenig seitlich versetzt wird (z.B. indem das Teleskop ein wenig versetzt wird). Man könnte aber auch gleichzeitig mit mehreren Kameras beobachten, der Lichtstrahl des Teleskops lässt sich aufspalten. Oder man beobachtet den gleichen Ausschnitt gleich von zwei Orten aus.

    Sicherlich kann man aus den Daten eine Menge herauslesen und vieles ausschließen. Aber als abschließenden Beweis ist es, meiner Meinung nach, noch zu wenig.

    Wenn es sich um einen Planeten handelt, kann man ihn mit einem hinreichend großen Teleskop dann auch direkt ablichten. Man weiß dann ja, wo man hinschauen muss. Bei einem Kuiper-Belt-Asteroiden wäre das nicht möglich, aber eine Supererde in 1000 AU würde man problemlos ablichten können. Das Problem ist ja nur herauszufinden, wohin man das VLT oder Keck richten müsste. Zum wild am Himmel Herumstochern sind diese Teleskope zu wertvoll, das überlässt man dann den kleineren Überwachungsgeräten wie Pan-STARRS. Es gibt Arrays, die mit handelsüblichen Teleobjektiven bestückt sind. Mit so was kann man den Himmel günstig durchsuchen, aber die Grenzgröße ist dann natürlich stark beschränkt.

  25. #25 Florence
    5. April 2017

    Die Dauer der Sternverdunkelung hängt zum Beispiel von der Umlaufbahn des Planeten ab: Je weiter er von der Sonne entfernt ist desto langsamer bewegt er sich und desto länger dauert die Verdunkelung. Auch der Radius von Planet 9 kann aus so einem Ereignis bestimmt werden.

    Wie kann man denn ein kleines Objekt mit geringerem Radius der Umlaufbahn (also auch näher an der Erde) von einem großen Objekt weiter draußen unterscheiden? Also wie kann man aus der Dauer der Bedeckung Radius der Umlaufbahn UND Radius des Objekts ableiten?

  26. #26 Alderamin
    5. April 2017

    @Florence

    Der Schatten des Objekts ist immer ungefähr so groß, wie das Objekt selbst, egal ob es sich näher oder weiter von der Erde entfernt befindet, denn das Sternenlicht trifft das Objekt und die Erde so gut wie parallel. Die Dauer der Bedeckung hängt wiederum fast nur von der Bewegung der Erde ab.

    Man kann die Entfernung mit einer einzelnen Messung nicht bestimmen. Dazu muss man wenigstens zwei zeitlich deutlich getrennte Beboachtungen machen und dann rückschließen, wie weit sich der Planet auf seiner Bahn zwischen diesen weiterbewegt hat, bzw. nach der Entdeckung der Sternbedeckung das Objekt mit einem größeren Teleskop direkt aufspüren und seine Parallaxe messen.

    Aus einer Einzelbeobachtung kann man auch nicht schließen, ob der Planet den Stern vom Beobachtungsort aus zentral bedeckt hat, oder ob er den Stern mit einer Sekante in hoher geographischer Breite überstrichen hat. Eine Einzelmessung liefert nur einen Mindestradius. Daher wird man nach seiner Entdeckung nach Möglichkeiten weiterer Sternbedeckungen suchen und diese gezielt beobachten. Steht in Kapitel 5 des Papers.

  27. #27 Gerhard
    6. April 2017

    Vornehmlich @Alderamin: Guter Lesestoff! Danke.

  28. #28 ZE7METAL
    6. April 2017

    Das Niveau der Kommentatoren ist wirklich top.
    Danke dafür.

    FF erklärt in seinen Artikeln für Leien verständlich und in den Kommentaren gehts dann ans Eingemachte.

    Diese Kombination macht diesen Blog empfehlenswert für jeden der sich auch nur ansatzweise für Astronomie interessiert.

    Nochmals dank an euch allen! :)