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Wissen & Umwelt

SPHERE: erstes Licht für Exoplanetenkamera

Eine neue Ära in der Erforschung von Exoplaneten beginnt. In naher Zukunft könnten Astronomen vielleicht schon die ersten Spuren von Leben in fernen Welten entdecken.

Video ansehen 01:14

Wie funktioniert das SPHERE-Experiment?

Die Europäische Südsternwarte ESO hat jetzt erste Aufnahmen ihrer Exoplanetenkamera SPHERE veröffentlicht. Darunter sind auch Bilder des geheimnisvollen Saturnmonds Titan. Das Hightech-Instrument soll die Astronomen ein großes Stück voranbringen bei der Klärung der ganz großen Fragen: Sind wir allein in den unendlichen Weiten des Alls? Oder gibt es Leben auch auf Planeten, die ferne Sonnen umkreisen? Die Suche danach hat sich zu einem der aufregendsten Forschungsfelder in der Astronomie entwickelt.

Ein neues Fenster ins All

Im Oktober 1995 überraschten der Schweizer Professor Michel Mayor und sein Mitarbeiter Didier Queloz die Fachwelt mit einem sensationellen Fund. Sie hatten den ersten extrasolaren Planeten in einem Orbit um einen sonnenähnlichen Stern aufgespürt: 51 Pegasi b, auch Bellerophon genannt. Rund 40 Lichtjahre von der Erde entfernt. Eine exotische Welt, ganz anders als alle Planeten in unserem Sonnensystem. Knapp halb so schwer wie Jupiter, kreist 51 Pegasi b in nur sieben Millionen Kilometern Entfernung um seinen Mutterstern. Gut vier Tage braucht er für eine Umrundung. Weil er seinem Zentralgestirn so nahe ist, herrschen auf der Oberfläche des fernen Exoplaneten hohe Temperaturen. Deshalb nennen Astronomen solche Himmelskörper auch Hot Jupiter.

Direkt gesehen haben die Forscher die neu entdeckte, ferne Welt allerdings nicht. Nur an der Schwerkraftwirkung auf seinen Mutterstern war der Exoplanet zu erkennen. Die ferne Sonne und ihr unsichtbarer Begleiter bewegen sich um einen gemeinsamen Schwerpunkt. Und dieser kosmische Tanz versetzt den Stern in eine leichte, regelmäßige Wobbelbewegung.

Planeten, überall

Der bahnbrechenden Entdeckung folgten sehr schnell weitere, aufregende Funde. Und die Suche nach Exoplaneten enwickelte sich zu einer regelrechten Jagd: Nicht einmal 20 Jahre später, im Mai 2014, zählte die Fachwelt schon 1792 Exoplaneten. Welten, die eine große Vielfalt zeigen. Gasriesen, die Jupiter oder Neptun ähneln und Gesteinsplaneten. Sind die nur wenige Erdmassen schwer, spricht die Fachwelt auch von Supererden.

Ein internationales Astronomenteam kommt zu dem Schluss: Die Existenz von Planeten um andere Sterne ist der Normalfall, nicht die Ausnahme. In unserer Heimatgalaxis, der Milchstraße, könnte es Milliarden Planeten mit der Masse unserer Erde geben.

Erste Bilder von fernen Welten

Mittlerweile können Astronomen einige dieser fernen Welten sogar schon sehen. Im September 2004 veröffentlichte die Europäische Südsternwarte ESO das erste Foto eines Exoplaneten, 225 Lichtjahre von der Erde entfernt. Aufgenommen von Europas Superauge in Chile, dem Very Large Telescope VLT.

EINSCHRÄNKUNG Erstes Licht für die Exoplanetenkamera SPHERE

Das SPHERE-Instrument am Very Large Telescope (VLT) der ESO am Paranal-Observatorium in Chile

Den bisher klarsten Nachweis lieferte das Hubble Weltraumteleskop im November 2008. Auf zwei seiner Aufnahmen des Sterns Formalhaut ist ein sich bewegendes Pixel in der Staubscheibe um den Stern zu erkennen - ein Himmelskörper, rund drei mal so schwer wie Jupiter, der größte Planet unseres Sonnensystems.

Existenzielle Träume

Doch viel interessanter sind die bisher unsichtbaren Gesteinsplaneten, die

Supererden.

Sie sind Kandidaten für außerirdisches Leben, wenn sie ihren Stern in einer sogenannten habitablen Zone umrunden. Das ist der Abstand, in dem Wasser auf der Planetenoberfläche flüssig bleibt und die Temperaturen dort Leben möglich machen. Solche Welten wollen Astronomen schon in naher Zukunft ins Visier nahmen. Das Instrument SPHERE wird sie diesem Traum ein großes Stück näher bringen. Im Mai wurde das Hightechgerät an einem der vier Teleskope des VLT in Chile angebracht.

SPHERE soll große Gasriesen aufspüren und untersuchen. Und auch Staubscheiben um Sterne, aus denen sich Planeten bilden. Der Name steht für Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch, der spektropolarimetrischen Erforschung von Exoplaneten im Hochkontrastbereich. Das Instrument muss äußerst schwierige Herausforderungen meistern: Die Exoplaneten befinden sich nahe an ihrem Mutterstern. Und dessen Licht überstrahlt die Begleiter. Es ist Milliarden mal heller als die Oberfläche der fernen Welten. Als wäre das noch nicht genug, bereitet auch die Erdatmosphäre Probleme. Die flirrende Lufthülle trübt dem Teleskop den Blick. Es muss aber scharf sehen können, um die unvorstellbar weit entfernten Exoplaneten aufzuspüren.

Das Unsichtbare sichtbar machen

Um das möglich zu machen, kombiniert das neue Instrument mehrere hochkomplexe Beobachtungsverfahren. Mit einer sogenannten adaptiven Optik kann das Gerät die Turbulenzen der Lufthülle ausgleichen und so die Bilder schärfer und den Kontrast des Exoplaneten stärker machen. Außerdem hat SPHERE noch einen Koronografen. Mit diesem lässt sich das Sternlicht ausblenden und der Kontrast des Exoplaneten weiter erhöhen. Dann kommt auch noch die sogenannte differentielle Bildgebung zum Einsatz. Eine Methode, die Unterschiede zwischen dem Sternlicht und dem Licht des Planeten ausnutzt.

Und dieser Unterschied kommt durch Polarisation zustande. Normalerweise breiten sich Lichtwellen in alle Richtungen aus. Doch das Licht, das von fernen Planeten zu uns gelangt, ist reflektiertes Sternlicht, das von den Molekülen in der Atmosphäre der Exoplaneten gestreut wird. Bei dieser Streuung werden die Lichtwellen ausgerichtet, polarisiert. Diese Polarisation können die Astronomen mit ihren Instrumenten detektieren und so das schwache Signal von dem blendend hellen Licht der Sterne, das nicht polarisiert ist, unterscheiden. So wollen sie in den kommenden Jahren große Gasplaneten um nahegelegene Sterne beobachten und untersuchen.

Die Erde als Exoplanet gesehen

Erste Testobjekte hat das neue Instrument schon aufgenommen. Dazu gehört auch das beste Bild vom Staubring um den Stern HR 4796A. "Das ist nur der Anfang. SPHERE ist ein einzigartiges Werkzeug und wird in den folgenden Jahren zweifellos viele Überraschungen liefern", freut sich Jean-Luc Beuzit, der Projektleiter von SPHERE.

Mit dieser Methode wollen Astronomen in naher Zukunft auch kleinere Gesteinsplaneten aufspüren und nach Spuren von Leben durchforsten. Wonach sie suchen müssen, haben sie schon mit Hilfe des Mondes getestet. Dessen Oberfläche wirkt wie ein riesiger Spiegel. Ein Teil des Sonnenlichts, mit dem die Erde beleuchtet wird, wird zurück ins Weltall reflektiert und trifft auch den Mond. Farbe und Polarisation dieses schwachen Lichts haben die Forscher analysiert. Als stammte es von einem fernen Exoplaneten.

Die Suche nach Lebensspuren

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Lebensspuren aus dem All

Dabei haben sie nach eindeutigen Anzeichen für organisches Leben gesucht, nach Gasen wie Sauerstoff, Ozon, Methan und Kohlendioxid in der Atmosphäre. Und zwar in einer Häufigkeit zu einander, wie sie nur durch Lebewesen entstehen kann. So fanden sie unter anderem heraus, dass es auf dem vermeintlichen Exoplaneten flüssiges Wasser gibt, dass diese Welt teilweise von Wolken bedeckt ist und dass dort Vegetation existiert. "Die Spektropolarimetrie könnte uns eines Tages verraten, ob einfaches, auf Photosynthese basierendes pflanzliches Leben auch noch irgendwo anders im Universum entstanden ist", sagt Michael Sterzik, einer der beteiligten Wissenschaftler.

Doch dazu brauchen die Astronomen noch größere Teleskope, wie das European Extremely Large Telescope, das E-ELT, mit einem Spiegel von 39 Metern Durchmesser das größte Einzelteleskop der Welt. Bisher ist es nur in Animationen zu bestaunen. Am 19. Juni wird in der Atacama-Wüste in Chile die Bergkuppe gesprengt, auf der das gigantische Himmelsauge entstehen soll. 2022 soll es fertig sein. Dann kann die Suche nach den Spuren von Leben dort beginnen.

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