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Schule > Physik > Astronomie > Exosolare Planeten

Planeten außerhalb unseres Systems

1. 2. 3. 4. 4.1. 4.2. 5.1. 5.2. Was sind überhaupt Planeten? Warum werden Exoplaneten gesucht? Gibt es Exoplaneten? Wie wird nach ihnen gesucht und welche Schwierigkeiten gibt es dabei? Schwierigkeiten und Probleme Indirekte Nachweismethoden Missionen zur Suche COROT TPF Vorstellung zweier Exoplaneten
5. 6.
1. Was sind überhaupt Planeten?
vor allem wichtig für die Abgrenzung zu anderen Himmelskörpern, z.B. Sonnen, Zwergplaneten, Asteroiden etc. und Planemos neueste Definition: Ein Himmelskörper ist ein Planet, wenn... --> ... er sich auf einer Bahn um eine Sonne befindet und --> ... über eine ausreichende Masse verfügt, durch seine Eigengravitation eine annähernd runde Form zu bilden (Durchmesser > 800 km) und --> (... die Umgebung seiner Bahn bereinigt hat) außerdem wichtig für (extrasolare) Planeten: es dürfen keine Kernfusionsprozesse stattfinden --> Masse begrenzt, da sonst Druck zu groß
2. Warum werden Exoplaneten gesucht?
Exoplanet = Planet außerhalb des vorherrschenden gravitativen Einflusses unserer Sonne Suche nach fremdem Leben und fremden Lebensformen fremdes Leben kann nur auf Planeten existieren, da diese vom Zentralgestirn erwärmt werden können --> Voraussetzung für Wasser in flüssiger Form --> optimaler Abstand zum Zentralgestirn notwendig (nicht zu heiß, nicht zu kalt) Leben auf fremden Planeten ist möglich, jedoch wohl kein intelligentes Leben, eher extrem resistente Mikroorganismen (wegen geringem Toleranzbereich für flüssiges Wasser, Temperaturschwankungen etc.)
3. Gibt es Exoplaneten? (1/3)
JA Entdeckung der ersten Exoplaneten im Jahr 1992 um einen Pulsar --> daraufhin viele weitere Entdeckungen 1995: erstmalige Entdeckung eines Planeten um einen sonnenähnlichen Stern bis Ende Mai 2007 wurden 242 extrasolare Planeten in 206 Systemen entdeckt: davon... fast alle mit nur einem Planeten, 18 Systeme mit 2, 6 mit 3 und 3 Systeme mit 4 Planeten (keine mit mehr) im Umkreis von 330 LJ zur Erde wurden um 7 % der Sterne Planeten gefunden ...
3. Gibt es Exoplaneten? (2/3)
Entdeckungen sind sehr unterschiedlich und entsprechen größtenteils nicht den Erwartungen Annahme: kleine, massearme, dichte Planeten befinden sich näher am Stern als große, massereiche Planeten mit geringer Dichte (Beispiel: Erde- 8 LM entfernt, Jupiter 15 LM von der Sonne) -->in vielen Systemen: Gasplaneten, die ungefähr die Masse des Jupiters haben, umkreisen ihr Zentralgestirn im Abstand von wenigen Lichtsekunden sind wahrscheinlich ,normal" weit außen in der Akkretionsscheibe entstanden und dann nach innen ,gewandert", oder, wie Sterne aus einer Gaswolke kondensiert -
3. Gibt es Exoplaneten? (3/3)
weitere unerwartete Entdeckungen: auch jupiterähnliche Planeten mit einer sehr viel größeren Masse umkreisen in kurzen Abständen ihren Stern (dann meist Gasriesen) Problem: ab 13 JM laufen geringfügig Kernfusionsprozesse im inneren ab (eigene Energieproduktion) --> ,Braune Zwerge" --> lt. Definition eigentlich keine Planeten, umkreisen ihr Zentralgestirn aber trotzdem --> Großteil der entdeckten (größtenteils gasförmigen) Planeten wohl eher ,Braune Zwerge" um Gasriesen (Doppelsternsysteme) trotzdem auch Entdeckung terrestrischer Planeten (z.B. Gliese 581 c)
4.
Wie wird nach ihnen gesucht und welche Schwierigkeiten gibt es dabei?
4.1. Schwierigkeiten und Probleme
optische Beobachtung mit Teleskopen sehr schwer, weil: Planeten kein eigenes Licht ausstrahlen und deutlich kleiner sind als der Stern --> Überstrahlung durch den Stern und großer Helligkeitsunterschied zwischen Planet und Stern Auflösungsvermögen (= Fähigkeit, zwei Punkte noch getrennt voneinander wahrnehmen zu können) ist bei aktuellen Teleskopen meist nicht ausreichend um Beobachtungen zuzulassen --> es existieren nur wenige (größtenteils umstrittene) Aufnahmen von Exoplaneten --> direkter Nachweis fast nicht möglich
4.2. Indirekte Nachweismethoden
Was macht man sich dabei zu Nutze? wesentliche Kraft die auf und zwischen Massen wirkt- Schwerkraft --> Bewegung von Zentralgestirn und Planet um einen gemeinsamen Schwerpunkt Licht der Sterne Licht von Hintergrundobjekten
Radialgeschwindigkeitsmethode
- Stern und Planet bewegen sich durch Gravitation um einen gemeinsamen Schwerpunkt - durch abgestrahltes Licht des Sterns kann man im Spektrum ein ,Zerren" am Stern beobachten - durch Spektrographen kann einfallendes Licht analysiert werden: - hohe Frequenz --> Blauverschiebung --> Planet ,kommt" auf Erde zu - niedrige Frequenz --> Rotverschiebung --> Planet ,geht" weg Doppler- Effekt (z.B. Formel 1) --> durch Nachweis dieses ,Zerrens" sind Planeten quasi erwiesen - Problem: kleine, dichte (erdähnliche) Planeten haben fast keinen Ausschlag im Spektrum

Transitmethode
- Bedeckungen des Sterns durch den Planeten erzeugen periodische (immer wiederkehrende) Absenkungen in der Helligkeit des Sterns (Umlaufbahn muss so liegen, dass der Planet aus Sicht der Erde genau vor dem Stern vorbeizieht) - exakte Messung der Helligkeit des Sterns --> Absenkungen in der Helligkeit werden sichtbar - auf der Erde z.B. am Venusdurchgang sichtbar

Astrometrische Methode
- ebenfalls durch Bewegung des Sterns um gemeinsamen Massenschwerpunkt - genaue Vermessung des Sternes, z.B. durch Forschungssatelliten --> ,Zerren" eines Planeten kann so ebenfalls festgestellt werden, denn der Stern verändert seine Position - bei bekannter Sternmasse und -entfernung können so auch Planetenmassen bestimmt werden, da die Bahnneigung sich aus diesen Größen ermitteln lässt - Problem: ,Taumelbewegung" beträgt oft nur wenige Bogensekunden --> (noch) nicht immer erkennbar
Gravitational microlensing-Methode
- grundlegend: Prinzip der Gravitationslinse (Licht von ,dahinter liegenden", schwächer leuchtenden Objekten wird an sehr massereichen Objekten, z.B. Galaxien, abgelenkt und gebündelt)
- Ausnutzung dieses Effekts bei Sternen --> Gravitationswirkung schwächer --> Licht des dahinter liegenden Objektes wird gebündelt und kurzzeitig verstärkt --> Verstärkung beobachtbar

Einschätzung der indirekten Nachweismethoden:
Planeten können nicht direkt und damit definitiv bewiesen werden, da man sie selbst nicht sieht --> Methoden sind sehr starke Indikatoren und zeigen das Vorhandensein von Planeten mit hoher Wahrscheinlichkeit auf mit allen Methoden wurden schon Planeten (- systeme) entdeckt, die meisten mit der Radialgeschwindigkeitsmethode

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