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Freistetters Formelwelt: Ein Planet wider besseren Wissens

Der Physik-Nobelpreis 2019 geht auch an die Entdecker des ersten echten Exoplaneten. Eine unscheinbare Formel zeigt, wie ihr Fund die Astronomen vor Rätsel stellte.
Ein heißer Jupiter (künstlerische Darstellung)Laden...

Als Astronom bin ich natürlich erfreut über das Thema, das 2019 vom Nobelpreiskomitee gewürdigt worden ist. Ganz besonders, da ich während meiner wissenschaftlichen Arbeit selbst auf dem Gebiet der extrasolaren Planeten geforscht habe. Ich habe mein Studium im Herbst 1995 begonnen, nur wenige Wochen bevor Michel Mayor und Didier Queloz ihre nun mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Arbeit veröffentlicht haben. Der Artikel trägt den Titel »A Jupiter-mass companion to a solar-type star«, ist nur fünf Seiten lang und versteckt im Fließtext auf der vorletzten Seite eine unscheinbare Formel:

Die Formel aus dem nobelpreiswürdigen PaperLaden...

Sie illustriert einerseits die Kontroverse, die die Entdeckung der beiden Schweizer begleitet hat, und nimmt andererseits die daraus erwachsenden Erkenntnisse über die Vielfalt der Himmelskörper im Universum vorweg. Die Gleichung beschreibt im Wesentlichen, wie schnell die Umlaufbahn eines Objekts um einen Stern auf Grund der während der Entstehungszeit eines Sonnensystems zwischen den Gasmassen und Himmelskörpern wirkenden Gezeitenkräfte schrumpfen kann (in Abhängigkeit des Massenverhältnis q zwischen Stern und Planet und der Umlaufperiode P).

Damals waren viele Astronominnen und Astronomen ob der Entdeckung der Schweizer irritiert. Denn der Planet umkreiste seinen Stern in einem extrem geringen Abstand. Für eine Umrundung brauchte er nur wenig mehr als vier Tage. Zum Vergleich: Der sonnennächste Planet Merkur braucht 88 Tage (und die Erde bekanntlich ein Jahr). Der neue Planet war aber nicht nur enorm nahe an seinem Stern, sondern auch sehr massereich; vergleichbar mit Jupiter. Ein massereicher Planet in einer sehr engen Umlaufbahn, ein »heißer Jupiter«: So etwas sollte es eigentlich nicht geben dürfen. Denn nach dem damaligen Stand des Wissens konnten massereiche Planeten wie Jupiter nur fern von einem Stern entstehen. Nur dort war es kühl genug, damit ausreichend Material für ihre Entstehung existieren konnte. Nahe am Stern konnten sich nur kleine Planeten bilden. In unserem Sonnensystem bestätigt sich dieses Muster: Innen sind die kleinen Objekte wie Merkur, Venus, Erde und Mars, außen folgen die großen Gasplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Der Planet der beiden Schweizer widersprach dieser Regel, und sie waren sich des Problems bewusst. Mit der Formel schätzten sie die Zeit ab, die nötig wäre, um ihren Planeten auf eine derart enge Umlaufbahn zu bringen: einige Milliarden Jahre, deutlich mehr als das Alter des Sterns selbst.

War der neu entdeckte Planet also in Wirklichkeit gar keiner? Oder waren vielleicht sogar die Beobachtungsdaten fehlerhaft? Nach der Publikation ihres Artikels wurde heftig diskutiert; Argumente und Gegenargumente wurden ausgetauscht, und andere Teams versuchten selbst die Beobachtungen von Mayor und Queloz zu bestätigen. Mit Erfolg: Alle Bedenken konnten ausgeräumt und die Existenz des Planeten zweifelsfrei bestätigt werden.

Mittlerweile hat man auch herausgefunden, wie er auf seine sternnahe Umlaufbahn gekommen ist. Es gibt noch weitere Mechanismen, die dazu führen, dass Planeten nach ihrer Entstehung sehr viel schneller ganz nah an ihren Stern rücken. Die gravitativen Wechselwirkungen zwischen den in Entstehung begriffenen Planetenembryos eines jungen Sonnensystems sind komplexer, als man dachte. Man entdeckte weitere »heiße Jupiter« bei anderen Sternen und stellte fest, dass Planetensysteme deutlich vielfältiger sein können, als es die Betrachtung unseres eigenen Sonnensystems nahelegt. Die Entdeckung von Mayor und Queloz hat die Tür zu einem neuen Universum geöffnet. Wir wissen heute, dass es mindestens so viele Planeten wie Sterne gibt. Und dass diese Planeten nicht dem entsprechen müssen, was wir im Sonnensystem beobachten können. Dieser neue Blick auf den Kosmos hat die Astronomie revolutioniert und einen Nobelpreis mehr als verdient.

41/2019

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 41/2019

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