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Die wunderbare Welt der Exoplaneten VI: Wo ist die zweite Erde?

Von / 4. April 2013 / 34 Kommentare / Seite 3 von 3 / Auf einer Seite lesen
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Man kann aber noch direkter nach Leben suchen. Beim Transit bekommt man ein sogenanntes “Transmissionsspektrum”. Man kann auch aber das Licht untersuchen, das vom Planeten zu uns reflektiert wird. Das ist es “Reflexionsspektrum” und es kann uns verraten, ob dort Pflanzen wachsen oder nicht. Denn Pflanzen wie die auf der Erde enthalten Chlorophyll, das einen bestimmten Teil des Lichts benutzt, um daraus Energie zu gewinnen. Dieser Teil des Lichts fehlt dann nach der Reflexion am Planeten. Dieser Effekt lässt sich bei der Erde gut messen und man nennt das “red edge”, also die “rote Kante”. Denn die Pflanzen absorbieren zwar einen Teil des roten Lichts, das von der Sonne auf die Erde gestrahlt wird, das infrarote Licht aber reflektieren sie stark. Schaut man sich also an, wie viel von den verschiedenen Farben des Lichts reflektiert wird, sieht man eine starke Kante beim Übergang von infrarot zu rot (wer mehr darüber wissen will kann das zum Beispiel in meinem aktuellen Buch oder dieser Facharbeit nachlesen):

"Red Edge" (Bild: Seager et al, 2005)

“Red Edge” (Bild: Seager et al, 2005)

Noch sind unsere Geräte leider nicht gut genug, um diese Analysen auch bei Exoplaneten durchführen zu können. Aber es wird nicht mehr lange dauern. Wenn das European Extremly Large Telescope (EELT) fertiggestellt sein wird (laut Plan 2022, in der Realität wohl ein wenig später), dann wird es in der Lage sein, extrasolare Planeten direkt zu sehen und ihr Licht zu untersuchen. Das Teleskop wird das größte Teleskop aller Zeiten sein – es wird einen Spiegel mit 39 Metern Durchmesser haben und einen ziemlich beeindruckenden Anblick bieten, wie dieses Computermodell zeigt:

Wenn es da draußen also eine zweite Erde gibt; einen anderen Planeten auf dem Leben existiert, dann werden wir ihn in den nächsten Jahrzehnten finden! Wir leben in aufregenden Zeiten…

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Kommentare (34)

  1. #1 Johannes
    4. April 2013

    Das Transmissionsspektrum hört sich sehr interessant an und ich freue mich schon darauf dass das EELT in Betrieb geht.

    Natürlich kann es aber auch sein, dass mögliche “Pflanzen” einen anderen Aufbau haben und zum Beispiel auch grünes und infrarotes Licht verwenden können.

  2. #2 josto
    4. April 2013

    Sind da eigentlich nur nahe Sternsysteme auf Planeten untersucht worden? Bis zu wieviel Lichtjahren Entfernung macht es Sinn nach Planeten zu suchen (Mit den heutigen Mitteln) ?

  3. #3 Florian Freistetter
    4. April 2013

    @josto: “Sind da eigentlich nur nahe Sternsysteme auf Planeten untersucht worden? Bis zu wieviel Lichtjahren Entfernung macht es Sinn nach Planeten zu suchen (Mit den heutigen Mitteln) ?”

    ich hab jetzt keine Zahlen parat, aber es ist definitiv nur die “nähere” Umgebung. Also ein paar Dutzend bis paar Hundert Lichtjahre. Alles andere ist noch zu weit weg (es gibt ein paar Ausnahmen, aber das waren spezielle Systeme)

  4. #4 Kassenwart
    4. April 2013

    @Johannes

    sowas gibts auch auf der Erde. Chlorophyll f, 2010 entdeckt, absorbiert bei 706nm (also ganz knapp im infraroten).
    Ist spannend, da in Cyanobakterien entdeckt, die aus Stromatolithen stammen (West-Australien). Also im Prinzip auch eine Form sehr frühen Lebens.

  5. #5 Alderamin
    4. April 2013

    @josto

    Bis zu wieviel Lichtjahren Entfernung macht es Sinn nach Planeten zu suchen (Mit den heutigen Mitteln) ?

    Was die Kepler-Sonde betrifft, die braucht nur ein hinreichend starkes Signal vom Stern, sprich, der Stern muss hell genug sein), so um die 12. Größenklasse. Die Sonne hätte diese Helligkeit in ca. 800 Lichtjahren Entfernung, hellere Sterne erst in größerer Entfernung (Sirius z.B. in 4000 Lichtjahren Entfernung), rote Zwerge wie dürfen nur ein paar Lichtjahre entfernt sein.

    Bei EELT wird es auch auf den Winkelabstand zwischen Planet und Fixstern ankommen, weil man den Stern selbst ausblenden muss. Die Auflösung von EELT soll je nach Instrument laut Wikipedia bis u 0,001 Bogensekunde betragen, d.h. eine Astronomische Einheit (der Abstand Erde-Sonne) könnte theoretisch noch in 1000 pc = 3260 Lichtjahren aufgelöst werden. Um Planet und Stern sauber zu trennen, müssten beide jedoch ein vielfaches näher zur Erde stehen oder aber der Planet viel weiter von seinem Stern entfernt sein. Ich hab’ mal ein bisschen gegoogelt, habe eine Präsentation gefunden, da wird analysiert, bei welchen Kontrasten und Auflösungen man Planeten mit EELT noch wird detektieren können, ist aber relativ schwierige Materie. Hausnummern sind 100 pc (300 LJ) für junge Planeten in 3 AU und 20 pc (65 LJ) für einen Jupiter. In dem Papier geht’s mehr um die Zahl der Planeten, die man damit potenziell zu entdecken hofft. So ungefähr ein Dutzend erdähnliche Planeten um nahe Sterne hofft man zu finden und ein paar hundert Gasriesen auch in größerer Entfernung (letzte Folie).

  6. #6 Alderamin
    4. April 2013

    @myself

    “…rote Zwerge wie” Proxima Centauri “dürfen nur ein paar Lichtjahre entfernt sein.”

  7. #7 tina
    4. April 2013

    Ich hab noch mal eine Frage zu der Grafik “Sizes of Planet Candidates”.
    Wird das mal eine Normalverteilung der Häufigkeiten mit den Neptun-großen Planeten als Spitze? Oder gibt es voraussichtlich mehr kleinere Planeten (Erdgröße), die man aber wegen der technischen Möglichkeiten bisher noch nicht so leicht finden konnte.
    Wie wird die Kurve voraussichtlich aussehen, wenn man bessere Instrumente hat, welche Planetengrößen werden die häufigsten sein?

  8. #8 Franz
    4. April 2013

    @Alderamin
    Gibts eine Übersicht wie viele Sterne wie weit weg sind ? Mich würde mal interessieren über welche Größenordnungen wir hier diskutieren ? im Umkreis 100LJ, 1000, 100000, e^?

  9. #9 Alderamin
    4. April 2013

    @Franz

    Auf dieser Seite gibt’s ein paar Zahlen. 370 Sterne liegen innerhalb 10 pc (32,6 LJ), 3600 innerhalb 25 pc (81,5 LJ). Für größere Entfernungen kann man etwa 60 Sterne pro 1000 Kubik-pc erwarten.

    100 LJ Radius sind 30,67 pc oder 120900 pc³ entsprechend ca. 7.000 Sternen, 1000 LJ wären dann theoretisch 7.000.000 Sterne, aber die Milchstraße ist abgeplattet, die Zahl wird also langsamer als mit r³ wachsen. Bei 100.000 LJ hast Du schon die gesamte Milchstraße eingeschlossen mit ihren vielleicht 300 Milliarden Sternen. Die meisten davon sind jedoch sehr lichtschwach oder durch Staub verdeckt und daher gar nicht zu sehen.

  10. #10 Florian Freistetter
    4. April 2013

    @tina: “Wird das mal eine Normalverteilung der Häufigkeiten mit den Neptun-großen Planeten als Spitze? Oder gibt es voraussichtlich mehr kleinere Planeten (Erdgröße), die man aber wegen der technischen Möglichkeiten bisher noch nicht so leicht finden konnte.”

    Also es gibt mit Sicherheit noch viel mehr kleine Planeten. Die sind schwerer zu finden. Und auch die Planeten, die weiter draußen länger um ihren Stern herum brauchen, kennt man noch kaum. Wie die Verteilung aussehen wird, ist schwer vorherzusagen.

  11. #11 Wie findet man Aliens? Mit Spektroskopie! – Astrodicticum Simplex
    4. April 2013

    […] meiner Serie über Exoplaneten habe ich heute über die Suche nach der zweiten Erde geschrieben. Wir sind zwar auf einem guten Weg, solche Planeten zu entdecken – aber selbst […]

  12. #12 tina
    4. April 2013

    @Florian
    Danke für die Antwort.
    Dann warten wir also auf die neuen Entdeckungen (bin da leider so ungeduldig).

  13. #13 Fragender
    4. April 2013

    Hallo Florian!

    Falls Dir irgendwann mal die Themen ausgehen (was ich nicht glaube), hätte ich vielleicht mal einen Themenvorschlag für Dich. Zum Beispiel erwähnst Du in vielen deiner Berichte immer mal wieder dieses Teleskop oder jenes Teleskop oder dieses Instrument und jenes, mit dem dies und das entdeckt oder untersucht wurde.

    Interessant fände ich zum Beispiel mal, einen Überblick zu sehen über die wichtigsten astronomischen Instrumente und Teleskope, die aktuell gerade genutzt werden und vor allem die auch in Planung oder vielleicht schon im Aufbau sind. Interessant wäre da zum Beispiel, welche Fähigkeiten, Auflösungen usw. diese Instrumente haben und für welche Untersuchungen und Beobachtungen sie hauptsächlich genutzt werden. Bei gerade in Planung oder bereits im Aufbau befindlichen Instrumenten und Teleskopen wäre es zum Beispiel besonders interessant, welche Leistungsfähigkeiten die voraussichtlich haben werden und welche Entdeckungen damit potentiell möglich werden und welche Entdeckungen und Beobachtungen man sich davon erhofft.

    Zum Beispiel würde es mich interessieren, ob es bereits konkrete Planungen für Instrumente oder Vernetzung von Instrumenten gibt, die leistungsfähig genug sind, damit man damit schlussendlich tatsächlich mal ein Schwarzes Loch (das entweder nah genug oder groß genug ist) direkt beobachten könnte, in welchem Wellenlängenbereich auch immer, so dass man da dann tatsächlich den Ereignishorizont und das herumgeleitete Licht als Ring (durch den Gravitationslinseneffekt) usw. bildlich sehen kann. Vor allem, da man dann tatsächlich neue Möglichkeiten hätte, die ART durch direkte Beobachtungen an Schwarzen Löchern weiter zu überprüfen, wo ja jetzt im Grunde nur indirekte Beobachtungen und Schlussfolgerungen getätigt werden können. Das wäre sicher ein absoluter Meilenstein, wenn man die Existenz Schwarzer Löcher ganz direkt bildlich nachweisen und Beobachtungen daran durchführen könnte. Ich habe neulich eine populärwissenschaftliche Doku über irgendeinen am MIT gesehen, der die Daten mehrerer Radioteleskope überall in den USA zusammenführen will und durch Berechnungen mit einem Supercomputer daraus ein virtuelles Riesenradioteleskop mit der Größe der USA zusammenrechnen will, dessen Auflösung dann irgendwann ausreicht, um das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße direkt beobachten zu können.

    Wie gesagt: Falls Du irgendwann in den nächsten Monaten mal Zeit hast, wäre so eine kleine Reihe oder ein Übersichtsartikel über aktuelle und geplante Instrumente und Teleskope sicher auch für andere interessant. Besonders würde mich persönlich das mit der Beobachtung Schwarzer Löcher interessieren.

  14. #14 frantischek
    4. April 2013

    Zum Beispiel würde es mich interessieren, ob es bereits konkrete Planungen für Instrumente oder Vernetzung von Instrumenten gibt, die leistungsfähig genug sind, damit man damit schlussendlich tatsächlich mal ein Schwarzes Loch (das entweder nah genug oder groß genug ist) direkt beobachten könnte,

    Gibts schon:
    https://de.wikipedia.org/wiki/RadioAstron
    https://scienceblogs.com/startswithabang/2011/07/21/were-going-to-see-a-black-hole/

    Ist aber wies aussieht noch in der Erprobungsphase. Ich hätte ja schon mit Ergebnissen gerechnet aber das Teil richtig zu bedienen dürfte schwieriger sein als man sich das so vorstellt.

  16. #16 Florian Freistetter
    4. April 2013

    @Fragender: Ich habs mir notiert!

  17. #17 madm
    4. April 2013

    da möchte ich “Fragender” unterstützen, das thema wäre wirklich interessant.

  18. #18 Alderamin
    4. April 2013

    @Fragender

    Zum Beispiel würde es mich interessieren, ob es bereits konkrete Planungen für Instrumente oder Vernetzung von Instrumenten gibt, die leistungsfähig genug sind, damit man damit schlussendlich tatsächlich mal ein Schwarzes Loch (das entweder nah genug oder groß genug ist) direkt beobachten könnte, in welchem Wellenlängenbereich auch immer, so dass man da dann tatsächlich den Ereignishorizont und das herumgeleitete Licht als Ring (durch den Gravitationslinseneffekt) usw. bildlich sehen kann.

    Das kann nur ein Teleskop: Das Event-Horizon-Teleskop. Arbeitet im kurzwelligen Radiobereich (Millimeterwellen) und besteht aus zahlreichen Radioteleskopen weltweit. Es ist also kein einzelnes Teleskop, sondern ein Kollaborationsprojekt mehrerer Radioteleskope im gleichen Frequenzbereich. Man braucht ein Teleskop von der Größe der Erde, um Schwarze Löcher auflösen zu können. Ein einzelnes Gerät wird das niemals können, auch nicht im Optischen.

    Man hat sich schon auf 5,5 Ereignishorizont-Radien an den Kern des Supermassiven Schwarzen Lochs in der Riesengalaxie M87 herangetastet und “sieht” dort den inneren Rand der Akkretionsscheibe. Allerdings nicht in Form eines Bildes, sondern als Messungen. Auf der EHT-Seite gibt es Links unter News und Publications.

  19. #19 frantischek
    4. April 2013

    @Alderamin:
    Haha! Ich hab den größeren (Base Line Abstand gepostet…)!

  20. #20 Alderamin
    4. April 2013

    @frantischek

    Aber erstens hat Dein Teleskop nur eine sehr lange Baseline und es arbeitet bei mehr als der zehnfachen Wellenlänge als das EHT. Deswegen hat EHT auch schon was gesehen. Ob RadioAstron uns wirklich Bilder vom SL in M87 liefert, wie Ethan uns vorschwärmt, mal schauen. Jedenfalls nicht solche, wie unten auf seiner Seite.

    Das EHT wird auf jeden Fall Bilder liefern, von M87 und dem SL im Zentrum der Milchstraße. Die werden dann allerdings vermutlich ziemlich bunt sein (Falschfarben von knallrot bis knallblau).

  21. #21 JJ
    4. April 2013

    Eine großartige Serie, die offenbar hiermit beendet ist. (Vorerst jedenfalls)
    Vielen Dank dafür!

  22. #22 Philipp
    Hamburg
    4. April 2013

    Hallo Florian,

    Vielen Dank für diese tolle Serie! Ich persönlich finde, dass es eines der spannendsten Gebiete in der Astronomie ist. Ich wünsche mir, dass ich in meinem noch jungen Leben die Entdeckung einer möglichen zweiten Erde oder sogar Leben erleben werde.

  23. #23 frantischek
    4. April 2013

    @Alderamin:
    Du hast aber schon gemerkt das ich Spass gemacht hab, oder?

    Wie auch immer. Wenn Ethan uns Bilder verspricht, dann glaub ich ihm das einfach. Ich selber hab von Radioastronomie leider nicht wirklich viel Ahnung, deswegen muss ich mich da auf Leute wie ihn (und dich) verlassen.

    Zu den beiden Projekten: Das Spektr mit längeren Wellenlängen arbeitet ist mir soweit klar. Das bedeutet, bitte korrigier mich wenn ich mich irre, ja eine gröbere Auflösung. Dafür ist die Baseline aber doch ein ganzes Stück länger, sollte das die Sache nicht kompensieren?
    Da beide relativ kurz vorm Ziel stehen (Spektr soll ja jetzt wirklich den Beobachtungsbetrieb aufnehmen) und sich beide am Randbereich des momentan machbaren bewegen erwarte ich mir als Laie relativ gleichwertige Ergebnisse. Irre ich mich da sehr?

  24. #24 frantischek
    4. April 2013

    Nachtrag: Die Russen planen übrigens auch schon einen Nachfolger, der ebenfalls für VLBA Betrieb geeignet sein soll, der dann im Submillimeterbereich arbeiten soll:
    https://www.raumfahrer.net/forum/smf/index.php?topic=9946.msg188769#msg188769

  25. #25 Alderamin
    4. April 2013

    @frantischek

    Klar war das Spaß, aber die längere Baseline bedeutet ja eine höhere Auflösung, aber die Auflösung ist nicht so dramatisch viel besser als bei EHT. Die Auflösung ist proportional zum Abstand und umgekehrt proportional zur Wellenlänge. EHT kann Baselines bis 12000 km bei 0,8 mm Wellenlänge haben, Radioastron bis 390000 km bei 13,5 mm Wellenlänge. Damit gewinnt Radioastron insgesamt (nur) um einen Faktor 2. Aber es ist eben nur eine Baseline (das Bild muss man dann aus vielen Positionen des Satelliten synthetisieren, um nicht nur in einer Achse scharf abzubilden), bei EHT können mehrere lange Baselines gleichzeitig verwendet werden. Außerdem ist RadioAstron ein ziemlich kleines Teleskop mit geringer Sammelfläche, während bei EHT ALMA und ähnliche Brocken mitmachen. Deswegen denke ich, dass EHT seinem Namen eher Ehre machen wird als RadioAstron, aber schauen wir mal.

    Bisher wurde mit EHT erst mit 60 Microbogensekunden gearbeitet, am Ende werden es 15 sein.

  26. #26 PDP10
    4. April 2013

    @Florian:

    Ich unterschreibe hiermit den Antrag von @Fragender:

    “Falls Du irgendwann in den nächsten Monaten mal Zeit hast, wäre so eine kleine Reihe oder ein Übersichtsartikel über aktuelle und geplante Instrumente und Teleskope sicher auch für andere interessant.”

    🙂

  27. #27 Fragender
    4. April 2013

    @Florian und alle anderen!

    Kann leider jetzt erst antworten. Danke für die Antworten und für die zusätzlichen Erläuterungen und Hinweise, wo ich schon mal weiterlesen kann. Und vielen Dank auch an Florian für die Exoplanetenreihe. Die war sehr spannend geschrieben und ich hab mich jeden Tag immer schon auf die nächste Folge gefreut.

    @Alderarmin und frantischek:
    Eure Erklärungen habe ich alle so weit verstanden, aber was genau ist denn diese Baseline, die Ihr da ein paar Mal erwähnt habt?

  28. #28 Fragender
    5. April 2013

    Das mit den Baselines/Basislängen hat sich erledigt. Habe es in folgender Quelle gefunden:
    https://www.raumfahrer.net/news/astronomie/05032013182238.shtml

    So weit ich mir das aus dem Text erschließen kann, ist das in 1. Näherung wohl etwa die Entfernung der beiden am weitesten voneinander entfernten Radioteleskope des “zusammengeschalteten Systems”, also sozusagen etwa der Durchmesser des virtuellen Radioteleskops/Interferometers, auch wenn da sicherlich noch ein paar andere Faktoren mit eingehen.

  29. #29 Alderamin
    5. April 2013

    @Fragender

    Genau richtig. Das Auflösungsvermögen eines Teleskops wird durch seinen Durchmesser bestimmt, das Lichtsammelvermögen durch seine Fläche. Z.B. könnte man bei einem großen Teleskop die ganze Öffnung bis auf einen schmalen Ring außen verdecken und würde dabei zwar viel Licht, aber kaum Bildschärfe verlieren.

    Diesen Effekt erreicht man auch durch das Zusammenschalten mehrerer Teleskope. Optisch macht man so etwas heute schon z.B. am Very Large Telescope, wo die großen vier 8-m-Teleskope und einige kleinere Hilfsteleskope kombiniert werden können. Ihr Licht wird über Spiegelsysteme auf exakt gleich langen Wegen an einem Punkt zusammengeführt (optische Interferometrie).

    Bei der Radioastronomie kann man die empfangenen Radiowellen mehrerer Teleskope mit exakter Zeitreferenz aufzeichnen und dann im Rechner überlagern. Somit kann man den gleichen Effekt erreichen, wie bei der optischen Interferometrie, aber mit beliebig weiter Entfernung (Baseline) zwischen den Teleskopen, wenn man nur deren exakte Lage zueinander kennt, was heute mit GPS (dessen Genauigkeit man durch Dauermessungen stark erhöhen kann) kein Problem mehr ist.

    Relativ neu ist der Einsatz im Millimeterwellen-Bereich, dazu muss man die Teleskopposition auf einen Bruchteil eines Millimeters (= Bruchteil einer Wellenlänge) genau kennen und die Radiowellen bei 250 GHz und mehr aufzeichnen (und nicht einfach nur deren Amplitude), was schon eine große technische Herausforderung ist. Dafür erreicht man Auflösungen, die tausendmal schärfer sind als die von optischen Interferometern.

    RadioAstron schlägt die Auflösung des EHT noch dadurch, dass eine Antenne bis zu 390000 km von den anderen entfernt sein kann, aber da dürfte die Bestimmung der exakten Position aufgrund der rasend schnellen Bewegung im Orbit nicht ganz trivial sein. Das mag einer der Gründe sein, zunächst nur im Zentimeter-Bereich (1,35 bis 92 cm) zu arbeiten. Vielleicht gibt’s ja auch bald ein Millimeterwellen-Radioteleskop im All, damit könnte man dann wirklich scharfe Bilder von Schwarzen Löchern machen. EHT wird im Finalausbau eine Auflösung von etwas mehr als einem Ereignishorizont-Radius haben, d.h. das Schwarze Loch wird mit 4 Pixeln abgebildet; da hättest Du vermutlich mehr erwartet; immerhin wird man die Akkretionsscheibe schön auflösen können, und die ist eh spannender.

  30. #30 JW
    5. April 2013

    Ich hoffe, es wurde noch nicht gefragt. Aber, wenn schon über die Bedeutung des Mondes für das Leben spekuliert wird.
    Wie sieht es mit dem Nachweis eine “Exo-Mondes” aus. Oder geht dessen Masse einfach in berechnete die Gesamtmasse des Planeten ein. Wahrscheinlich ist ein Mond nur in direkter Beobachtung zu sehen?

  32. #32 Slick
    7. April 2013

    FF: Und der Mars, weil er so klein ist, schneller auskühlte, im Inneren erstarrte und dadurch sein Magnetfeld verlor. Nun konnte der Sonnenwind direkt auf die Atmosphäre treffen und sie langsam erodieren.

    Also ist die Atmosphäre des Mars nicht verloren gegangen weil er eine zu geringe Schwerkraft hat (über die Fluchtgeschwindigkeit des Gases)? Das hatte ich bisher immer gedacht.

  33. #33 Florian Freistetter
    7. April 2013

    @Slick: “Also ist die Atmosphäre des Mars nicht verloren gegangen weil er eine zu geringe Schwerkraft hat (über die Fluchtgeschwindigkeit des Gases)? Das hatte ich bisher immer gedacht.”

    Naja, das hat auch ne Rolle gespielt. Aber es war hauptsächlich das fehlende Magnetfeld.

  34. #34 florian burkert
    10. Dezember 2013

    ich will dich treffen