Existiert irgendwo in unserer Galaxie eine andere Erde? Mit dem jüngsten Start des Kepler-Raumfahrzeugs kommen Astronomen der Suche nach einem erdgroßen Planeten in einer erdähnlichen Umlaufbahn immer näher. Aber sobald diese Suche erfolgreich ist, werden die nächsten Fragen, die die Forschung antreiben, lauten: Ist dieser Planet bewohnbar? Hat es eine erdähnliche Atmosphäre? Die Beantwortung dieser Fragen wird nicht einfach sein. Das Teleskop für diese Aufgabe ist jedoch das James Webb-Weltraumteleskop (JWST), das 2013 geplant starten soll. Zwei Forscher untersuchten kürzlich die Fähigkeit von JWST, die Atmosphären hypothetischer erdähnlicher Planeten zu charakterisieren, und stellten fest, dass dies das Teleskop ist Damit könnten bestimmte Gase, sogenannte Biomarker, wie Ozon und Methan, für erdnahe Welten nachgewiesen werden. (Siehe unseren verwandten Artikel: Fragen und Antworten mit Dr. John Mather über JWST.)
Aufgrund seines großen Spiegels und seiner Lage am L2-Punkt im Weltraum bietet das James Webb-Weltraumteleskop Astronomen die erste echte Möglichkeit, Antworten auf die Bewohnbarkeit nahegelegener erdähnlicher Welten zu finden, sagt Lisa Kaltenegger vom Harvard-Smithsonian Center für Astrophysik und Wesley Traub vom Jet Propulsion Laboratory. "Wir müssen wirklich Glück haben, die Atmosphäre eines erdähnlichen Planeten während eines Transitereignisses zu entschlüsseln, damit wir feststellen können, dass es erdähnlich ist", sagte Kaltenegger. "Wir müssen dazu viele Transite addieren - Hunderte davon, selbst für Sterne, die nur 20 Lichtjahre entfernt sind."
"Auch wenn es schwierig ist, wird es ein unglaublich aufregendes Unterfangen sein, die Atmosphäre eines fernen Planeten zu charakterisieren", fügte sie hinzu.
Bei einem Transitereignis kreuzt ein entfernter extrasolarer Planet von der Erde aus gesehen vor seinem Stern. Während des Übergangs des Planeten absorbieren Gase in seiner Atmosphäre einen winzigen Teil des Lichts des Sterns und hinterlassen für jedes Gas spezifische Fingerabdrücke. Durch Aufteilen des Sternenlichts in einen Regenbogen aus Farben oder Spektren können Astronomen nach diesen Fingerabdrücken suchen. Kaltenegger und Traub untersuchten, ob diese Fingerabdrücke von JWST erkannt werden können.
Die Transit-Technik ist sehr anspruchsvoll. Wenn die Erde die Größe eines Basketballs hätte, wäre die Atmosphäre so dünn wie ein Blatt Papier, sodass das resultierende Signal unglaublich klein ist. Darüber hinaus funktioniert diese Methode nur, wenn sich der Planet vor seinem Stern befindet und jeder Transit höchstens einige Stunden dauert.
Kaltenegger und Traub betrachteten zunächst eine erdähnliche Welt, die einen sonnenähnlichen Stern umkreist. Um ein nachweisbares Signal von einem einzelnen Transit zu erhalten, müssten sich Stern und Planet extrem nahe an der Erde befinden. Der einzige sonnenähnliche Stern, der nahe genug ist, ist Alpha Centauri A. Eine solche Welt wurde noch nicht gefunden, aber die Technologie wird erst jetzt in der Lage, erdgroße Welten zu erkennen.
Die Studie berücksichtigte auch Planeten, die rote Zwergsterne umkreisen. Solche Sterne, Typ M genannt, kommen in der Milchstraße am häufigsten vor - weitaus häufiger als gelbe Sterne vom Typ G wie die Sonne. Sie sind außerdem kühler und dunkler als die Sonne und kleiner, was es einfacher macht, einen erdähnlichen Planeten zu finden, der einen M-Stern durchquert.
Eine erdähnliche Welt müsste in der Nähe eines roten Zwergs umkreisen, um warm genug für flüssiges Wasser zu sein. Infolgedessen würde der Planet schneller umkreisen und jeder Transit würde ein paar Stunden bis nur Minuten dauern. Aber es würde in einer bestimmten Zeit mehr Transite durchlaufen. Astronomen könnten ihre Chancen verbessern, die Atmosphäre zu erkennen, indem sie das Signal von mehreren Transiten hinzufügen und rote Zwergsterne aufgrund ihrer häufigeren Transite zu attraktiven Zielen machen.
Eine erdähnliche Welt, die einen Stern wie die Sonne umkreist, würde einmal im Jahr einen 10-stündigen Transit durchlaufen. Das Sammeln von 100 Stunden Transitbeobachtungen würde 10 Jahre dauern. Im Gegensatz dazu würde eine Erde, die einen mittelgroßen roten Zwergstern umkreist, alle 10 Tage einen einstündigen Transit durchlaufen. Die Ansammlung von 100 Stunden Transitbeobachtungen würde weniger als drei Jahre dauern.
"In der Nähe befindliche rote Zwergsterne bieten die beste Möglichkeit, Biomarker in einer durchgehenden Erdatmosphäre zu erkennen", sagte Kaltenegger.
"Letztendlich könnte sich die direkte Bildgebung - die Untersuchung von Lichtphotonen vom Planeten selbst - als leistungsfähigere Methode zur Charakterisierung der Atmosphäre erdähnlicher Welten erweisen als die Transit-Technik", sagte Traub.
Direkte Studien wurden bereits verwendet, um rohe Temperaturkarten von extrem heißen, riesigen extrasolaren Planeten zu erstellen. Mit Instrumenten der nächsten Generation können Astronomen möglicherweise atmosphärische Zusammensetzungen untersuchen, nicht nur Temperaturen. Die Charakterisierung eines „hellblauen Punkts“ ist der nächste Schritt von dort, sei es durch Addition von Hunderten von Transiten eines Planeten oder durch Ausblenden des Sternenlichts und direkte Analyse des Lichts des Planeten.
Im besten Fall könnte sich herausstellen, dass Alpha Centauri A einen erdähnlichen Planeten hat, den noch niemand entdeckt hat. Dann würden Astronomen nur eine Handvoll Transite benötigen, um die Atmosphäre dieses Planeten zu entschlüsseln und möglicherweise die Existenz der ersten Zwillingserde zu bestätigen.
Quelle: Harvard Center for Astrophysics
