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Rätsel um ExoplanetenSechs Planeten umkreisen Stern in mysteriöser Weise

Gleich zwei Forschungsteams mit Schweizer Beteiligung haben rätselhafte Exoplaneten beobachtet.

Künstlerische Darstellung des TOI-178-Systems mit dem Planeten im Vordergrund, der am Entferntesten um den Stern kreist: Um den Stern kreisen sechs Planeten, die sich in einem harmonischen Umlaufzeit-Rhythmus befinden.
Künstlerische Darstellung des TOI-178-Systems mit dem Planeten im Vordergrund, der am Entferntesten um den Stern kreist: Um den Stern kreisen sechs Planeten, die sich in einem harmonischen Umlaufzeit-Rhythmus befinden.
Foto: ESO

Forschende haben mit dem Weltraumteleskop Cheops ein ungewöhnliches Planetensystem entdeckt. Die sechs Planeten umkreisen den über 200 Lichtjahre entfernten Stern TOI-178 in einem harmonischen Rhythmus, wie die Universitäten Bern und Genf am Montag mitteilten.

Die Kameras des Transiting Exoplanet Survey Satellite (Tess) der Nasa deuteten bereits auf drei Planeten hin, die den Stern TOI-178 umkreisen. Dieses Planetensystem nahm ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung von Berner und Genfer Astrophysikern nun ebenfalls ins Visier. Unter anderem mithilfe des Espresso-Spektrographen der Europäischen Südsternwarte in Chile entdeckten sie zwei weitere Planeten im System.

Die bis dahin identifizierten Himmelskörper umrunden den Stern im Sternbild Bildhauer (lateinisch Sculptor) harmonisch: Ihre Umlaufzeiten betragen 2, 3, 6, 10 sowie 20 Tage. Das heisst, das Verhältnis der Zahlen ergibt einfache Brüche.

Beobachtung stand auf Kippe

«Unsere Theorie implizierte, dass es einen zusätzlichen Planeten in dieser Harmonie geben könnte; allerdings müsste seine Umlaufzeit sehr nahe bei 15 Tagen liegen», liess sich der Berner Astrophysiker Adrien Leleu in der Mitteilung zitieren. Und tatsächlich: Cheops fand einen zusätzlichen, sechsten Planeten, der den Stern in 15 Tagen umkreist, wie die Forschenden im Fachmagazin «Astronomy and Astrophysics» berichten.

Das ferne Sonnensystem wurde im Sternbild Bildhauer entdeckt.
Das ferne Sonnensystem wurde im Sternbild Bildhauer entdeckt.
Bild: stellarium-web.org

Die Beobachtung dieses letzten, mysteriösen Planeten drohte beinahe ins Wasser zu fallen. Anfang Oktober im vergangenen Jahr drohte ein Trümmerteil eines chinesischen Satelliten in der Grösse eines Milchkartons Cheops gefährlich nahe zu kommen. So mussten die Forschenden ein Ausweichmanöver durchführen. Zur Erleichterung der Exoplaneten-Forschenden gelang dies rechtzeitig, sodass die Beobachtungen wieder aufgenommen werden konnten.

Exoplaneten weisen wilde Dichte-Mischung auf

Gemäss den Berechnungen weisen die Planeten einen 1,1- bis 3-fachen Erdradius auf und besitzen sehr unterschiedliche Dichten. So scheint im TOI-178- System ein dichter, terrestrischer Planet wie die Erde direkt neben einem sehr flauschigen Planeten mit der halben Dichte von Neptun zu liegen. Auf diesen folgt einer, der Neptun sehr ähnlich ist.

Es sei das erste Mal, dass eine solche wilde Dichte-Mischung in einem Planetensystem beobachtet werden konnte, sagte Kate Isaak, Projektwissenschaftlerin der Europäischen Weltraumorganisation (ESA).

Cheops ist eine gemeinsame Mission der ESA und der Schweiz unter Leitung der Universität Bern in Zusammenarbeit mit der Universität Genf. Anders als bisherige Missionen soll das auf 700 Kilometern Höhe fliegende Weltraumteleskop keine neuen Exoplaneten aufspüren, sondern nimmt eigentlich bereits bekannte unter die Lupe.

Planeten des Trappist-1-Sternsystems sind erstaunlich ähnlich

Künstlerische Darstellung des Trappist-1-Planetensystems: Das System beherbergt die grösste Ansammlung von etwa erdgrossen Planeten, die gemäss einer neuen Studie erstaunlich ähnliche Dichten aufweisen.
Künstlerische Darstellung des Trappist-1-Planetensystems: Das System beherbergt die grösste Ansammlung von etwa erdgrossen Planeten, die gemäss einer neuen Studie erstaunlich ähnliche Dichten aufweisen.
Foto: Nasa / JPL-Caltech

Erst vergangene Woche publizierten Schweizer Forscher ein anderes Rätsel um Exoplaneten. Anders als die Planeten unseres Sonnensystems weisen die den Stern Trappist-1 umkreisenden Planeten verblüffend ähnliche Dichten auf. Das fanden Forschende mit Beteiligung der Unis Zürich, Bern und Genf heraus.

Trappist-1 ist ein etwa vierzig Lichtjahre entferntes Planetensystem. Gleich sieben erdgrosse Gesteinsplaneten kreisen darin um einen kühlen, roten Zwergstern. Noch fünf Jahre nach der ersten Entdeckung hält die Planetenfamilien noch immer Überraschungen bereit. Das internationale Forschungsteam fand heraus, dass die Himmelskörper nicht nur alle ähnlich gross sind, sondern auch ähnliche Dichten aufweisen. Von ihrer Entdeckung berichten sie im Fachmagazin «Planetary Science Journal».

Die Planetenforscher griffen für ihre Studie unter anderem auf rund tausend Stunden gezielter Beobachtungsdaten zurück, die das Spitzer-Weltraumteleskop in Südkalifornien vom Sternsystem gesammelt hatte.

Ähnliche Zusammensetzung

Die Erkenntnisse deuten darauf hin, dass die Trappist-1-Geschwister allesamt aus ungefähr denselben Elementen mit einer ähnlichen Zusammensetzung bestehen müssen. Dabei weisen sie eine Dichte auf, die etwa acht Prozent geringer ist als diejenige der Erde.

Könnte Wasser auf den Planeten der Grund für diesen Unterschied sein? Wohl eher nicht, wie das Team anhand von Computermodellen berechnete. Die Forscher kamen zum Schluss, dass die drei inneren Planeten wahrscheinlich wasserlos sind. Die vier äusseren Planeten könnten hingegen ein paar Prozent Wasser auf ihren Oberflächen haben – möglicherweise in flüssiger Form, wie der Genfer Astrophysiker Martin Turbet sagte. Doch dies reicht nicht aus, um das Rätsel der fehlenden Dichte der Planetenfamilie im Vergleich zur Erde zu lösen.

Ist Rost das fehlende Puzzlestück?

Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Trappist-1-Planeten weniger Eisen als die Erde enthalten oder dass das Eisen mit Sauerstoff durchsetzt ist. Dadurch würde das schwere Element rosten und den Planeten – ähnlichen dem Mars – eine rötliche Farbe verleihen. Wahrscheinlich sei es eine Kombination aus diesen beiden Szenarien, liess sich Eric Agol, Astrophysiker an der Universität Washington und Hauptautor der Studie, in der Mitteilung zitieren.

Alle Geheimnisse liessen sich dem besonderen Planetensystem also noch nicht zuverlässig entlocken. Die Forschungsreise scheint noch nicht zu Ende zu sein.

sda/oli

8 Kommentare
    Sacha Meier

    Um das Rätsel von Trapist-1 zu lösen, bräuchte man eine deutlich höhere optische Auflösung, als alles, was heute an Teleskopen zur Verfügung steht. So könnte man auch spektroskopische Daten sammeln, die in solchen Fällen unheimlich nützlich sind. Auflösung ist eine Funktion der Apertur - also des Öffnungsdurchmessers eines lichtsammelnden optischen Abbildungssystems. Je grösser, umso besser. Natürlich kann man kein Fernrohr mit einem Spiegeldurchmesser von mehreren Millionen Kilometern Durchmesser bauen. Aber man kann eine sogenannte synthetische Apertur errichten. Das wären einige Dutzend Satelliten, die sich präzise in einer Ebene befinden, welche die gewünschte Aperturfläche aufspannen. Die einzelnen unscharfen Teilbilder kombiniert ergeben dann wegen konstruktiver und destruktiver Interferenz ein scharfes, hochaufgelöstes Gesamtbild. So ein Grossapertur-Teleskopsystem zu bauen und präzise auf Position zu halten, braucht viel Geld. Geld, das der moderne, postindustrielle Westen nicht mehr aufbringen kann. Vielleicht wird China eines schönen Tages so ein Grossaperturteleskop im interplanetaren Raum unseres Sonnensystems aufstellen und dann Antworten liefern können.

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