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News: Auf der Suche nach Erde 2

Klar, große Objekte sind leichter aus der Ferne zu erkennen als kleine. Aber bei der Suche nach erdähnlichen Planeten könnten sich ausgerechnet die ganz kleinen Staubpartikel als hilfreich erweisen.
Extrasolarer PlanetLaden...
Planeten außerhalb unseres Sonnensystems haben Astronomen bereits zuhauf gefunden. Mehr als hundert sind es bislang. Doch handelt es sich dabei in der Regel um ausgesprochene Schwergewichte, die in ihrer Beschaffenheit dem Riesenplaneten Jupiter ähneln. Eine heimelige zweite Erde konnten Wissenschaftler noch nicht ausmachen, was zum einen daran liegt, dass die kleinen Gesteinsplaneten nur wenig Licht reflektieren, und sie zum anderen so dicht um ihren Stern kreisen, dass sie aus der Ferne völlig von diesem überstrahlt werden.

Geeignete Methode müssen also her, um auch die Leichtgewichte zu finden. Doch indirekte Methoden, die bei den großen Planeten ganz gut funktionieren, stellen die derzeitige Technik bei den kleinen noch vor zu große Herausforderungen. Aber vielleicht kommt es einfach darauf an, wonach man Ausschau hält. Das zumindest meinen Scott Kenyon vom Smithsonian Astrophysical Observatory und Benjamin Bromley von der University of Utah. Die Wissenschaftler simulierten die Entstehung eines Planetensystems und vermuten, dass der Staub in jungen Systemen Aufschluss über etwaige erdähnliche Planeten liefern kann.

Und der Staubgehalt einer protoplanetarischen Scheibe, in der sich die Planeten nach Entstehung des Sterns bilden, lässt sich offenbar recht einfach bestimmen: über die Helligkeit im Bereich infraroter Wellenlängen. Je heller hier der Stern erscheint, desto mehr Staub ist in seiner Umgebung. Aber wieso soll Staub überhaupt auf erdähnliche Planeten hindeuten?

Zunächst einmal braucht es für einen Gesteinsplanet wie unsere Erde selbstredend genug feste Materie, und diese steht am Anfang nur als feinkörniger Staub zur Verfügung. Über einen langwierigen Prozess bewegen sich die Staubteilchen regellos durcheinander und haften zuweilen mittels Van-der-Waals-Kräfte aneinander. Es dauert jedoch gut und gerne 10 000 Jahre bis auf diese Weise aus Mikrometer kleinen Partikelchen Millimeter große werden. Das weitere Wachstum geht dann etwas schneller von statten. Die Staubkörnchen kollidieren und verschmelzen zu größeren, sodass binnen 1000 Jahren Planetesimale von einem Meter bis einem Kilometer Größe entstehen.

Wie die Simulation von Kenyon und Bromley zeigte, braucht es noch einmal 1000 Jahre bis ein Kilometer großes Objekt auf 100 Kilometer anwächst, woraus dann über einen Zeitraum von weiteren 10 000 Jahren ein 1000 Kilometer großer Protoplanet entsteht. In dem Maße, in dem die Masse der Brocken zunimmt, in dem Maße gewinnt denn auch ihre Schwerkraft an Einfluss. Die kleineren Objekte werden durch die Protoplaneten umhergeschleudert und auf so hohe Geschwindigkeit gebracht, dass sie beim Zusammenprall nicht mehr verschmelzen, sondern schlicht pulverisiert werden. Während die Protoplaneten weiter wachsen, reiben die Planetesimale einander auf – einzig eine Spur aus Staub verbleibt.

"Der Staub entsteht genau da, wo sich Planeten bilden – in der gleichen Entfernung vom Stern", sagt Kenyon. Die Temperaturstrahlung der fein verteilten Materie zeigt, wo das gerade geschieht. Dabei ist es aber auch entscheidend, in welcher Entfernung vom zentralen Stern der Protoplanet seine Runden zieht. Auf inneren Bahnen, wie in unserem Sonnensystem etwa bei der Venus, würde heißerer Staub produziert als etwa auf einer Erdumlaufbahn. Kurzum: Die Wärmestrahlung zeigt an, wo gerade ein Planet entsteht.

Laut Kenyon müsste sich die Wärmestrahlung eines solchen Staubrings mit dem Spitzer Space Telescope – vormals Space Infrared Telescope Facility genannt – detektieren lassen. Einzige Voraussetzung ist, dass genug Partikel da sind, die Wärmestrahlung emittieren. Hier hilft wieder die Simulation: Denn den Berechnungen der Wissenschaftler zufolge entstehen im Fahrwasser von 1000 Kilometer großen Protoplaneten am meisten Staubpartikel.

Bislang deckt das Computermodell der Forscher allerdings nur einen kleinen Teil eines Planetensystems ab – verglichen mit der Erde simuliert es nur den Bereich zwischen der Bahn der Venus und einem Orbit, der auf halbem Weg zwischen Erde und Mars liegt. Zukünftige Berechnungen sollen zumindest den ganzen Bereich zwischen Merkur und Mars einschließen. Angefangen hatten Kenyon und Bromley ursprünglich mit der Simulation der äußeren Bereiche des Sonnensystems – dem Kuiper-Gürtel.

Innen und außen – was noch fehlt ist das Mittelfeld: eine Simulation der Entstehung der Gasriesen. Auch das wollen die Forscher angehen. Kenyon ist optimistisch, dass das Ziel seiner Arbeit, die Entstehung eines kompletten Planetensystems zu simulieren, innerhalb von zehn Jahren zu erreichen ist. Vielleicht ist ja bis dahin auch eine zweite Erde entdeckt.

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