Schattenspiel mit fremden Welten: Exoplaneten-Lichtkurven einfach simulieren

Die Suche nach Exoplaneten ist ein astronomisches Thema, das bei Schülern und Schülerinnen auf großes Interesse stößt – nicht zuletzt, weil sich die Astronomen mit den letzten Weltraummissionen wie CoRoT oder Kepler bis hin zum Nachweis erdähnlicher Planeten vorgearbeitet haben und bereits planen, wie sich die Voraussetzungen für Leben und vielleicht sogar Leben selbst auf solch einem Planeten nachweisen lassen könnten. Exoplaneten lassen sich bis auf wenige Ausnahmen allerdings nur indirekt nachweisen. Diejenige Nachweismethode, die sich am einfachsten verstehen lässt, ist die Transitmethode. Sie misst, wie die Helligkeit des Sternensystems um einen Bruchteil abnimmt, wenn sich ein Exoplanet zwischen seinen Stern und einen Beobachter hier auf der Erde schiebt.

Dieser WIS-Beitrag zeigt, wie man mit Hilfe einfacher, aber flexibler Software (Raytracing-Programm plus Auswerteskript) Lichtkurven simuliert, wie sie sich bei Exoplanetentransits ergeben und genutzt werden, um die Existenz und auch einige wichtige Eigenschaften der betreffenden Planeten nachzuweisen. Die Simulation erlaubt es, eine Reihe charakteristischer Situationen nachzustellen und ihre Auswirkungen auf die Lichtkurve zu demonstrieren: Die Inklination des Systems, die Okkultation eines (z.B. im Infraroten) selbst leuchtenden Planeten, Randverdunkelung und, zum Teil für die Astronomen selbst noch Zukunftsmusik, den Nachweis einer Planetenatmosphäre. Die hier beschriebenen Aktivitäten eignen sich für die Projektarbeit, als Ausgangspunkt für Facharbeiten, Teile davon auch für den regulären Unterricht in der Oberstufe. Wissen die Schüler, wie man einfache Programme variiert und anpasst, dann lassen sie sich bereits in der Mittelstufe durchführen.