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Weltraumteleskop PLATO: »Vielleicht sehen wir eine Erde der Zukunft«

Eine zweite Erde aufspüren und klären, ob es dort Leben geben könnte – das ist die Aufgabe des Weltraumteleskops PLATO. 2026 soll es starten. Wie die Mission gelingen kann, erklärt Missionsleiterin Heike Rauer im Interview.
Künstlerische Darstellung des Weltraumteleskops PLATO

Im Jahr 2026 soll das ESA-Weltraumteleskop PLATO ins All starten. Sein Auftrag: Tausende Planeten außerhalb unseres Sonnensystems zu finden und zu beschreiben. Zwar wird der nur etwa 500 Kilogramm schwere Satellit die dunklen Himmelskörper nicht direkt beobachten können. Doch PLATO (für Planetary Transits and Oscillations of Stars) soll Exoplaneten indirekt nachweisen, indem er ihre Muttersterne umso genauer untersucht. Dabei werden Kameras die Lichtkurven von Sternen aufnehmen, die sich immer dann abschwächen, wenn Planeten an ihnen vorüberziehen. Das ist die so genannte Transitmethode.

Heike Rauer, wissenschaftliche Missionsleiterin und Direktorin des DLR-Instituts für Planetenforschung in Berlin erzählt im Interview, warum selbst das neue Superweltraumteleskop James-Webb auf die Hilfe von PLATO angewiesen ist, es einen Teil zur Lösung der berühmten Drake-Gleichung liefern könnte und die Erforschung von Exoplaneten unter Wissenschaftlerinnen derzeit als heißes Eisen der Astrophysik gilt.

»Spektrum.de«: 2014 wurde das künftige Weltraumteleskop PLATO beschlossen. Wie weit ist die Mission jetzt?

Heike Rauer | Die Professorin vom Institut für Planetenforschung am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR ist Missionsleiterin von PLATO: Das Weltraumteleskop ist mit 26 Kameras ausgestattet, soll 2026 starten und wird sich im All als Exoplanetenjäger betätigen.

Heike Rauer: Im Frühsommer 2022 haben wir eine große Begutachtung der ESA, die klären sollte, ob wir für die Serienproduktion bereit sind, erfolgreich bestanden. Erleichterung auf allen Seiten! Denn PLATO hat 26 Teleskope – wir nennen sie Kameras – auf seiner Plattform. Normalerweise wird für eine Wissenschaftsmission nur ein Instrument gebaut, plus ein Reserveteil, falls vor dem Flug was passiert.

Kann so eine Begutachtung also auch mal scheitern?

Ja, in dem Sinne, dass man dann eine lange Liste von Aufgaben zum Abarbeiten bekommt. Aber wir sind nun sowohl zeitlich als auch finanziell im Plan. Das Spannende ist, dass jetzt schon Hardwareteile gebaut werden – dieses Jahr die ersten Kameras, die ebenfalls ins All fliegen werden.

Warum hat PLATO 26 Kameras?

PLATO sucht Exoplaneten mit der Transitmethode. Das bedeutet, dass wir sehr viele Sterne und ihre Eigenschaften untersuchen müssen. Von der Erde aus gesehen liegen die Bahnen von Planeten nur selten so, dass wir sie beim Durchgang vor ihrem Stern beobachten können. Die Ausbeute ist entsprechend klein. Dabei wollen wir sowohl die wenigen hellen Sterne als auch die vielen lichtschwächeren Sterne untersuchen. Das bekommen wir aber mit einer großen Kamera nicht hin, denn die hellen Sterne würden sie blenden. Die Lösung sind 26 kleine Kameras. Für die hellsten Sterne reicht dann eine Kamera aus. Für die lichtschwächeren Sterne addieren wir die Beobachtung von bis zu 24 Kameras.

Wie groß ist der Himmelsausschnitt, den PLATO beobachten wird?

Der Himmelsausschnitt ist mit ungefähr 50 Grad recht groß. Es entspricht etwa der Ausdehnung des Sternbilds Großer Bär. Innerhalb eines Bildfelds sehen wir dann bis zu 130 000 Sterne, wobei wir die 15 000 hellsten und interessantesten Sterne voll charakterisieren.

26 Kameras für das Weltraumteleskop PLATO | Das Weltraumteleskop PLATO wird 26 Kameras mit an Bord haben, die mit Hilfe der Transitmethode nach Exoplaneten jagen sollen. Hier wird ein Testexemplar gerade überprüft. Derzeit ist der PLATO-Start für das Jahr 2026 vorgesehen. Der Bau der Kameras hat bereits begonnen.

Wo wird PLATO als Erstes hinschauen?

Wir bereiten gerade eine Liste der möglichen Sterne vor, mit allen Parametern, die wir für sie kennen. Da hilft die aktuelle Gaia-Mission, die den gesamten Himmel detailliert kartiert.

Sie kennen die Sterne also schon, die PLATO beobachten soll?

Wir kennen die Sterne an sich, aber nicht all ihre Parameter ausreichend genau. Wir wissen bis auf Ausnahmen auch nicht, welche von ihnen Planeten haben. Hinzu kommt: Am Himmel sehen Sie ja gleichzeitig Sterne mit verschiedenem Altern. Dementsprechend sind die Planeten dieser Sterne ebenfalls jung oder alt. Stellen Sie sich vor, wir finden ein Sonnensystem, das unserem ähnlich ist, und mit einem erdähnlichen Planeten. Das muss nicht bedeuten, dass es dort wie heute auf der Erde aussieht. Selbst wenn das System die gleiche Entwicklung nimmt, könnten hier Bedingungen herrschen wie auf der jungen Erde vor zwei Milliarden Jahren. Oder vielleicht sehen wir eine Erde der Zukunft. Wenn wir dann genügend Objekte haben, können wir anfangen, zu sortieren: Was ist ein typischer Gesteinsplanet nach zwei Milliarden Jahren? Wie sieht typischerweise ein Planet wie die Erde aus, der doppelt so alt ist wie sie heute? Wie sieht ein Gasriese aus, der sich nah an seinem Stern befindet?

Was kann PLATO sehen, was beispielsweise dem neuen James Webb Space Telescope (JWST) verborgen bleibt?

Der Unterschied des James-Webb-Teleskops zu PLATO ist sein sechs Meter großer Spiegel. Das Bildfeld des JWST ist folglich sehr klein. Es sucht also keine Planeten, sondern untersucht sie. Mit der PLATO-Mission sehen wir hingegen, ob ein Planet überhaupt ein spannendes Ziel sein könnte. Dann schreiben wir einen Beobachtungsantrag für das JWST und nehmen ein Spektrum des Planeten auf.

Das heißt, PLATO ist eine Art Zulieferer für das James Webb Space Telescope?

PLATO ist Teil einer Zuliefererkette. Das Gerät macht die Vorsortierung in grobe Kategorien, die wir noch nicht kennen. Dabei besteht die PLATO-Mission ja ohnehin nicht nur aus einem Satelliten, sondern dieser Satellit ist lediglich die Speerspitze da oben im All. Man muss PLATO immer im Verbund mit bodengebundenen Beobachtungen und anderen Missionen sehen. Vom Boden aus überprüfen wir mit der Radialgeschwindigkeitsmethode nachfolgend die Masse der Sterne, und unsere Kollegen aus der Sternastronomie bestimmen aus den PLATO-Daten mit Hilfe der Astroseismologie ihre Größe, Masse und Alter. Denn das eigentliche Ziel von PLATO ist, über die Eigenschaften ihrer Sterne für viele Planeten die grundlegenden Parameter so genau zu bestimmen, dass wir einschätzen können, um welche Art Planet es sich handelt. Es gibt ja schließlich mehr Typen von Exoplaneten als in unserem Sonnensystem vorkommen.

Glauben Sie, dass PLATO auch unerwartete Dinge entdeckt?

Das war in der Exoplanetenforschung bislang immer der Fall. Viele Exoplaneten sind ganz anders als die Planeten in unserem Sonnensystem. Nehmen Sie zum Beispiel die heißen Planeten nah an ihren Sternen, die wie ein Rugby-Ball verformt sind. Im Gegensatz zu Missionen wie TESS wird PLATO insbesondere kleine Planeten auf den Orbits zwischen Merkur und Erde genauer charakterisieren und typische Eigenschaften aufdecken. So können wir unser Verständnis der Planetenentstehung verbessern. Dort wird es mit Sicherheit Überraschungen geben.

Sehr aktuell ist derzeit die Erforschung der Atmosphären von Exoplaneten. Macht PLATO das auch?

Nur in dem Sinne, dass PLATO eine Statistik von Planetentypen liefert, ohne die ein Verständnis der Atmosphäre nicht möglich ist. Das JWST wird zwar Atmosphären von Gesteinsplaneten beobachten, aber vermutlich keine erdähnlichen Planeten um einen sonnenähnlichen Stern charakterisieren können. Für einen Sonnenzwilling und seine Atmosphäre brauchen wir leistungsfähigere Nachfolger. Die kommen jedoch erst in den 2040er Jahren.

Wie sicher sind Sie sich Ihrer Sache, wenn Sie einen Gesteinsplaneten entdecken?

Wir können sehr genau messen – wobei wir die Größe eines Planeten nur so gut bestimmen können, wie wir den Stern kennen, da die Planetengröße immer im Verhältnis zum Stern steht. PLATO wird Genauigkeiten verbessern und einen erdähnlichen Planeten um einen sonnenähnlichen Stern mit einer Radiusgenauigkeit von drei Prozent bestimmen können. Auch die Massen werden wir mit zehn Prozent Genauigkeit bestimmen. Schwieriger wird es bei Supererden und Minineptunen, die allein durch Masse oder Größe oft kaum zu unterscheiden sind.

Werden Sie in Zukunft auch Exomonde finden, also Monde, die um Exoplaneten kreisen?

Das ist ein heißes Thema. Exomonde sind so spannend, weil Monde ja selbst eine Atmosphäre haben könnten: Denken Sie an das Titan-Saturn-System bei uns! Bis heute behauptet immer wieder jemand, etwas entdeckt zu haben. Bisher waren diese angeblichen Entdeckungen aber so nah an den Messgrenzen, dass sie nicht als gesichert gelten. Allerdings glaubt jeder in der wissenschaftlichen Gemeinschaft daran, dass so eine Entdeckung früher oder später kommt. Und mit etwas Glück entdeckt das JWST oder sogar schon PLATO Exomonde.

Was ist das größte Rätsel der Exoplanetenforschung?

Für mich sind es zwei Rätsel. Da ist die Frage, was Planeten bewohnbar macht, also ob es Zwillingserden gibt. Biologinnen und Biologen sagen uns, dass es für Leben ein Lösungsmedium braucht, am besten flüssiges Wasser. Das lässt sich aber an der Oberfläche eines weit entfernten Planeten nicht direkt sehen. Wir wissen jedoch, dass Wasser unter bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen flüssig ist. Und wir kennen andere Himmelskörper, auf denen es vielleicht früher einmal flüssiges Wasser gab oder noch gibt, Mars und Venus, oder die Eismonde des Saturn. Exoplaneten bieten uns nun noch eine Chance, Leben zu finden. Das andere Rätsel ist eher allgemein, es beschäftigt sich mit den Häufigkeiten von Planetentypen. Das geht dann in Richtung: »Wie entstehen denn Planetensysteme?«.

Die Drake-Gleichung

Die Drake-Gleichung passt als mathematische Gleichung bequem auf einen Bierdeckel. Das ist beachtlich, wenn man bedenkt, dass sie immerhin die Anzahl der intelligenten Alien-Zivilisationen im All angibt. Streng genommen handelt es sich bei dieser Gleichung nicht um Mathematik. Stattdessen multipliziert die Drake-Gleichung Wahrscheinlichkeiten miteinander, um hinterher die Wahrscheinlichkeit von Außerirdischen als Ergebnis zu liefern. Neben inzwischen wohlbekannten Parametern, zum Beispiel der Sternentstehungsrate in unserer Milchstraße, wird es vor allem bei den letzteren Termen spekulativ: Die Lebensdauer einer intelligenten Zivilisation in Jahren ist da etwa gefordert. Und so verwundert es nicht, dass, je nachdem, was man in diese Gleichung einsetzt, vollkommen unterschiedliche Ergebnisse herauskommen – von mehreren zehntausenden außerirdischen Zivilisationen bis hin zu einer (das wäre dann die Menschheit als intelligente Zivilisation) ist alles dabei.

Werden Sie Antworten für die Drake-Gleichung liefern können, die die Wahrscheinlichkeit von außerirdischem Leben im Universum skizziert?

Die Drake-Gleichung enthält als einen der Faktoren die Anzahl der habitablen Planeten, also die Anzahl von Gesteinsplaneten, die im passenden Abstand um einen Stern kreisen. Das ist zumindest eine der wenigen Variablen, die messbar ist. Dafür wird PLATO einen Wert liefern.

Halten Sie es für möglich, dass Leben auf einem Exoplaneten überhaupt entdeckt werden kann?

Ich übersetze die Frage mal mit »Könnte ich eine Atmosphäre wie die Erde nachweisen?«. Wenn wir einen Planeten um einen sonnenähnlichen Stern finden, wie PLATO es tun soll, dann ließe sich eine Atmosphäre nachweisen. Aber dafür benötigt es ein sehr leistungsfähiges Teleskop.

Was wäre denn Ihr persönliches Wunschteleskop?

Früher glaubten Astronominnen und Astronomen, mit einem ganz großen Instrument ließe sich eine Erde um eine Sonne entdecken. Doch wir haben gelernt, dass wir erst Exoplaneten sammeln und klassifizieren müssen, um zu interpretieren, was wir sehen. Sie können auch nicht in einem Schritt von Meeresspiegel-Null auf den Himalaya springen. Am Ende brauchen wir eine Mission, die eine Erde um eine Sonne spektroskopieren kann. Ich halte es daher für wichtig, dass ein Koronografie-Teleskop und ein Infrarot-Interferometer gebaut werden. Das würde sowohl den optischen als auch den Infrarotbereich abdecken, wichtig für relevante Moleküle wie Kohlendioxid und Ozon.

Welche umstrittene Frage könnten diese Teleskope klären?

Die Frage lautet eher: Was ist nicht umstritten? Eine große Diskussion ist zurzeit die Frage, was Biosignaturen sind, beispielsweise Methan oder molekularer Sauerstoff. Ab wann ließe sich also sagen, dass man etwas entdeckt hat, das auf Leben schließen lässt? Das ist die Zukunftsdiskussion.

Welche Stellung nimmt eigentlich die Exoplanetenforschung im Moment in der Astronomie ein?

Für die Entdeckungen von Exoplaneten gab es 2019 den Nobelpreis. Das zeigt die Größe des Themas. Neben Dunkler Energie und Schwarzen Löchern sind Exoplaneten eines der ganz großen Themen in der Astronomie.

Ist das nicht wieder ein anthropozentrisches Thema, nach dem Motto: Eigentlich suchen wir uns selbst?

Ja, ich denke, der Wunsch zu wissen, ob es da draußen etwas wie uns gibt, der ist da. Das lässt sich über Jahrtausende verfolgen und wird schon von Epikur und Aristoteles erwähnt.

Selbst wenn wir wüssten, dass es dort oben Leben gibt: Was nützt uns das?

Ich denke, dass es unser Selbstverständnis ändern würde. Es macht einen Unterschied, ob Sie allein auf einer Insel leben und denken, sie seien allein im Universum, oder ob Sie wissen, dass Sie auf einer von vielen Inseln leben. Das ist kein Nutzen in Euro, aber ein Nutzen muss sich nicht immer in Geld ausdrücken. Zu verstehen, wie Planeten und ihr Klima funktionieren, spielt außerdem in ähnlicher Weise auch in der Erdklimaforschung eine Rolle. Schauen Sie sich den Mars an. Der hat seine Atmosphäre und sein Wasser verloren. Oder die Venus, die auf Grund eines Treibhauseffekts so heiß ist. Die Frage ist: Ist das unsere Zukunft?

Träumen Sie manchmal davon, sich so einen Exoplaneten vor Ort anzuschauen?

Oh ja, das wäre schick. Wir haben hier im Hause auch Kolleginnen und Kollegen, die Klimamodelle für angenommene Bedingungen auf Exoplaneten rechnen. Das wäre toll, mal hinzufliegen und zu schauen, ob unsere Rechnungen stimmen.

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