Die moderne Exoplanetenforschung und die Suche nach extraterrestrischem Leben

INHALTSVERZEICHNIS

1 EINFÜHRUNG

2 GESCHICHTE DES EXTRATERRESTRISCHEN
2.1 Die Pluralität der Welten
2.2 SETI-Bemühungen

3 DIE MODERNE EXOPLANETENFORSCHUNG
3.1 Erste Exoplanetenentdeckungen
3.2 Techniken der Planetensuche und -identifikation
3.3 Teleskope für die Exoplanetenforschung
3.4 Extrasolare Welten
3.5 Exoplanetenforschung und SETI

4 LEBEN IM UNIVERSUM
4.1 Voraussetzungen für die Entstehung von Leben
4.2 Voraussetzungen für die Entstehung höheren Lebens
4.3 Wie wahrscheinlich ist extraterrestrisches Leben?

5 POTENTIELL HABITABLE WELTEN
5.1 Potentiell habitable Exoplaneten
5.2 Die potentielle Habitabilität von Exomonden
5.3 Extraterrestrisches Leben im Sonnensystem

6 ZUKUNFTSPERSPEKTIVEN
6.1 Neue bodenbasierte Teleskope
6.2 Neue Weltraumteleskope
6.3 Zukünftige Weltraummissionen
6.4 Theoretische Konzepte

7 KULTURTHEORETISCHE IMPLIKATIONEN EXTRATERRESTRISCHEN LEBENS
7.1 Konstruktion des Extraterrestrischen
7.2 Konsequenzen des „First Contact“
7.3 Anthropozentrismus

8 SCHLUSSBETRACHTUNG

LITERATURVERZEICHNIS

1 EINFÜHRUNG

Denn weshalb sollte das kunstvolle Gebäude dieser ungeheuer großen Welt leer sein? Warum sollten die Bedingungen dort schlechter sein, als auf unserer viel kleineren Welt?

– Giordano Bruno (1548-1600), 1591¹

Im späten Frühling 2016 ging eine sensationelle Wissenschafts-nachricht wie ein Lauffeuer um die Welt: Die NASA gab am 10. Mai bekannt, mit dem Kepler-Teleskop 1.284 neue Exoplaneten gefunden zu haben, deren Existenz nun mit Sicherheit bestätigt werden könne.² Diese Veröffentlichung stellte einen Meilenstein für alle Wissenschafts-zweige dar, die sich mit Exoplaneten beschäftigen, Planeten, die sich außerhalb des Sonnensystems befinden. Noch nie wurden so viele Planeten auf einmal bekannt gegeben. Die Zahl der bis dato bekannten extrasolaren Planeten hatte sich an einem Tag nahezu verdoppelt. Der Katalog der bislang 1.349 Exoplaneten konnte auf 2.633 erweitert werden. Heute sind bereits 3.549 Exoplaneten in 2.662 Systemen bekannt und es werden stetig mehr.³

Die Exoplanentenforschung hat seit der Entdeckung der ersten Planeten Anfang der 1990er Jahre gewaltige Sprünge gemacht. Ein Großteil der Budgets von NASA und ESA fließt inzwischen in die Entdeckung und Erforschung der neuen Himmelskörper. Das Interesse der Wissenschaftler an diesen fernen, neuen und teils wundersamen Welten ist ebenso groß, wie die Aufmerksamkeit, die die Öffentlichkeit diesem Forschungsgebiet widmet. Zum einen, weil die Hoffnung, erdähnliche Planeten, vielleicht sogar eine neue Erde, zu entdecken, Geist und Fantasie beflügelt, besonders wohl in einer Zeit, in der die Menschen ihren Heimatplaneten maßlos ausbeuten und herunter-wirtschaften. Irgendwo im All wartet vielleicht ein Ersatz auf künftige Generationen.

Zum anderen, weil das (natur-)philosophische, aber auch theologische Suchen nach dem Sinn der menschlichen Existenz seit jeher eng an die Frage geknüpft ist, ob das vielfältig erschaffene Leben der Erde das einzige im Universum sein soll. Gibt es Leben außerhalb der Erde, sogenanntes extraterrestrisches Leben? Und wenn ja, kann dies auch höher entwickelt, sogar intelligent, vernunftbegabt und moralisch (oder unmoralisch) sein wie der Mensch? Kann dieses andere Leben dem Menschen voraus sein? Kann es den Menschen etwas lehren? Oder stellt es gar eine Gefahr und Konkurrenz für ihn dar? Auf all diese Fragen verspricht die Exoplanetenforschung augenschein-ich Antworten oder Wege zu Antworten. Denn wo sonst könnten wir Leben finden, als unter der schützenden Atmosphäre eines Planeten, der unter ähnlichen Bedingungen seine Bahnen zieht, wie die Erde? Auch an anderen Orten im Universum herrschen womöglich lebensfreundliche Bedingungen. Führende Forscher zahlreicher Gebiete sind sich einig: Die Voraussetzungen für Leben nach irdischem Vorbild findet man im Universum zwar verhältnismäßig selten, sie kommen aber mit Sicherheit vor.

Die Entdeckung einer großen Vielfalt unterschiedlicher Exoplaneten hat dem Glauben an außerirdisches Leben neuen Aufwind gegeben. der sich zusätzlich durch die gleichen Fakten speist, wie eh und je: Im sichtbaren Universum gibt es ca. 100 Milliarden mal 100 Milliarden Sterne⁴, Hochrechnungen gehen insgesamt von 70 Trilliarden aus, die in ca. 200 Milliarden Galaxien existieren.⁵ Schon der Blick mit dem bloßen Auge in den klaren Nachthimmel gewährt die Sicht auf 3.000 bis 6.000 Sterne. Mit hoher Wahrscheinlichkeit besitzen viele Sterne Planetensysteme.⁶

Einige Wissenschaftler wagen zu behaupten, dass es womöglich sogar mehr Planeten als Sterne im Universum gibt. Es wird derzeit angenommen, dass um 30 % aller Hauptsterne mindestens ein felsiger, auch als terrestrischer oder irritierend als „erdähnlicher“ bezeichneter Planet kreist. Demnach könnte es bis zu 20 Milliarden felsige Planeten allein in der Milchstraße geben. Weitere Schätzungen sprechen von oberflächlichem Wasser auf rund einem Drittel dieser, eines der wichtigsten Kriterien für die Entstehung von Leben – nach heutigen Maßstäben. Selbst wenn also nur auf einem Bruchteil dieser Planeten Leben möglich wäre, ist die Menge immer noch so enorm riesig, dass sie unsere Vorstellungskraft übersteigt – und die wissenschaftliche Suche nach extraterrestrischem Leben legitimieren kann. Die überholte Ansicht, Leben außerhalb der Erde könne es nicht geben, ist zu einer schwer vertretbaren Seltenheit geworden.

Es herrscht wissenschaftlicher Konsens darüber, dass zumindest mikrobakterielles Leben weit im Universum verbreitet sein könnte. Exobiologen sprechen davon, dass Leben im All eher die Regel als die Ausnahme ist. Darum versuchen wir durch das umfangreiche Sondieren der Planeten und Monde unseres Sonnensystems mit Orbitern, Landern, Rovern, Ballons und anderen Forschungssystemen einen ersten, bedeutenden Nachweis für die Existenz extrater-restrischen Lebens zu finden, während wir mit leistungsstarken und komplizierten Teleskopen weit über die Grenzen des (relativ gut erforschten) Sonnensystems hinaus blicken und mit modernsten Methoden nach extrasolaren Planeten Ausschau halten – und fündig werden. Und bis heute bestehen die in den 1960er Jahren begonnenen, gemeinhin als „SETI“ bekannten Bemühungen, Spuren von extraterrestrischem Leben auch akustisch, per Radioastronomie, zu finden.

Seit dem Gebrauch der ersten Teleskope und den darauffolgenden weltbildverändernden Beobachtungen des Galileo im frühen 17. Jahrhundert hat man kontinuierlich mehr und mehr über das Sonnensystem und das Universum erfahren. Anders verhält es sich mit den uns umgebenden Exoplaneten. Zwar ist man sich seit Jahrhunderten sicher, dass sie existieren, doch erst in den letzten 20 bis 25 Jahren beginnen wir auch über diese fundierte Erkenntnisse zu sammeln. Die neue Generation von Teleskopen, allen voran Hubble und Kepler, hat dabei gewaltige Sprünge erlaubt. Die folgende Generation wird in den kommenden Jahrzehnten vielleicht den finalen Beweis bringen, dass der Mensch nicht allein im All lebt.

Die vorliegende Arbeit zeigt in acht Kapiteln mit diversen Teilabschnitten zum einen den aktuellen Stand und die Zukunft der Erforschung extrasolarer Planeten auf und stellt dar, welche Chancen und Perspektiven sich daraus für die Suche nach extraterrestrischem Leben ergeben. Dazu liegt ein Schwerpunkt des Textes auf der Beschreibung der modernen, zumeist orbitalen Teleskope und ihrer Möglichkeiten, den Hauptwerkzeugen der Exoplanetenforscher.

Im Rahmen und Umfang dieser Arbeit können wichtige andere Raumfahrtmissionen, die der Suche nach Leben im All dienen, nur beiläufig erwähnt werden. Zum andern beschäftigt sich ein wichtiger Teil dieser Arbeit mit der Suche nach ersten Beweisen für die Existenz extraterrestrischen Lebens, die aktiv hauptsächlich im Sonnensystem unternommen wird; außerdem auch mit der Frage nach dem Ursprung und der Evolution des irdischen Lebens. Denn um Lebenshinweise, sogenannte Biosignaturen, auch auf fernen Planeten zu entdecken, ist es wichtig zu wissen, nach welchen Grundbausteinen des Lebens Ausschau zu halten ist – sofern Leben dort nach den gleichen Gesetzen entsteht wie hier.

Schließlich ist die Möglichkeit der Existenz von höherem und möglicherweise intelligentem extraterrestrischem Leben ein wesentlicher Aspekt dieser Arbeit, die schließlich zur Betrachtung hypothetischer Szenarien eines „First Contact“ und den möglichen Folgen dessen führt.

Zugrunde liegen der interdisziplinären Argumentation Beiträge zu den Naturwissenschaften des Lebens und des Universums ebenso wie kulturtheoretische Auseinandersetzungen mit dem Thema aus Geschichte, Philosophie und Soziologie. Stets sollen die beiden Schwerpunkte, Exoplanetenforschung und die Suche nach extraterrestrischem Leben, dabei in Zusammenhang miteinander betrachtet werden.

2 GESCHICHTE DES EXTRATERRESTRISCHEN

Since stars appear to be suns, and suns, according to the common opinion, are bodies that serve to enlighten, warm, and sustain a system of planets, we may have an idea of the numberless globes that serve for the habitation of living creatures.

– William Herschel, 1795

Der Blick in den Himmel ist bekanntermaßen so alt wie die Menschheit selbst. Monumentale Ausgrabungen bis weit in die Jungsteinzeit – etwa das ca. 5.200 Jahre alte Ganggrab von Newrange in Irland⁷, die mindestens 4.000 Jahre alte Megalith-Formation von Stonehenge in Südwest-England oder die sagenhafte, mehr als 3.700 Jahre alte Himmelsscheibe von Nebra zeugen vom uralten Interesse der Menschen an den kosmischen Bedingungen, denen die Welt, in der sie leben, unterliegt. Eine der vermeintlich ältesten Fundstellen astronomischer Zuschreibung befindet sich im ägyptischen Nabta Playa, wo man bereits vor geschätzten 7.000 Jahren den Zeitpunkt der Sommersonnenwende bestimmen konnte.⁸ Erste umfassende Kalender wurden schon von den frühen Hochkulturen Ägyptens und Mesopotamiens entwickelt. Die mit dem Blick ins All zusammenhängenden Fragen und Antworten der Existenz des eigenen Seins darin, aber auch eines möglichen anderen Seins außerhalb der bekannten Weltgrenzen, sollten sich im Laufe der Geschichte immer weiter vom Induktiven ins Deduktive bewegen.

2.1 Die Pluralität der Welten

Den Beginn der astronomischen Wissenschaft und westlichen Philosophie markiert das Werk des Thales von Milet, der vor ca. 2.500 Jahren die Erde als erster als Teil eines allumfassenden natürlichen Universums betrachtete. Die Vorstellung des Kosmos als lebender Organismus geht ebenfalls auf Thales von Milet zurück. Dessen Schüler Anaximander betrachtete die Erde als im Mittelpunkt des Kosmos befindlich und stellte sie sich als einen schwebenden Zylinder vor, um den sich große gelochte Räder („Himmelskreise“) drehten. Die Pythagoräer konstruierten die Erde in dieser Epoche, aufbauend auf der Geometrie des Pythagoras, als ein sich durch den Raum bewegendes, dezentrales Objekt. Die Erde zurück in das Zentrum des Kosmos führte später die platonische Schule. Eudoxos von Knidos erdachte darauf folgend 27 konzentrische Sphären, die um die Erde rotierten. Eine sonnenzentrierte Perspektive schlug erstmals Arisarchus vor, während Ptolemäus weiterhin den erdzentrierten Standpunkt vertrat, der sich bis ins Mittelalter halten und durchsetzen sollte.⁹

Gleichermaßen wie über die Verankerung der Welt im Kosmos wurde in der Antike auch schon über mögliches äußeres Leben spekuliert. Im 3. Jahrhundert v. Chr. Sprach Epikur von unzähligen Welten im Kosmos, sowohl solche wie die Erde als auch andere. Auf ihn geht die Aussage zurück, dass wir akzeptieren müssten, „dass es auf allen Welten Lebewesen, Pflanzen und andere Dinge gibt, wie wir sie auf unserer Welt erblicken.“¹⁰ Dem Epikureer Metrodorus von Chios (ca. 5. Bis 4. Jahrhundert v. Chr.) lässt sich folgende Aussage zuordnen:

„Die Erde als die einzige bevölkerte Welt im unendlichen All anzusehen, ist ebenso absurd wie die Behauptung, auf einem ganzen mit Hirse besäten Feld würde nur ein einziges Korn wachsen.“

Ebenso hat der römische Philosoph Titius Lucretius Carus (99–55 v. Chr.) in seinem berühmten Lehrgedicht „De rerum natura“ (dt.: „Über die Natur der Dinge“) daran gezweifelt, dass die Erde die einzige belebte Welt im unendlich großen Kosmos sei und angenommen, dass sich Leben nicht nur auf der Erde entwickelt haben müsste. Auf Lucretius gehen auch Äußerungen über extraterrestrische Intelligenz zurück.¹¹

Mit der kulturellen Ausbreitung des christlichen Abendlandes verbreitete sich die dominierende Vorstellung der Einzigartigkeit der irdischen Schöpfung. Imaginationen über andere, belebte Welten und deren Bewohner wurden unterdrückt und brutal sanktioniert. Die Vorstellung der Erde als Scheibe musste jahrhundertelang unerschütterlich akzeptiert werden.¹² Dennoch wurden weiterhin mutig abweichende Weltbilder erdacht. Der einflussreiche Philosoph und Theologe Thomas von Aquin (1225-1274) formulierte im 13. Jahrhundert die Vorstellung eines erdzentrierten Universums, in dem die Erde jedoch eine Kugel war statt einer Scheibe. Der Philosoph, Theologe und Mathematiker Nikolaus von Kues (1401-1464) vertrat die Auffassung, dass die Erde einer von vielen, auch belebten, Planeten im Raum sei. In seinem 1440 abgeschlossenen Werk „De docta ignorantia“ beschreibt er vernunftbegabte Bewohner anderer Himmelskörper und behauptet, dass alle Welten jenseits der unseren belebt seien. Kues erdachte schon lange vor Kopernikus ein dezentrales Universum und betrachtete das geozentrierte Denken des Menschen als Folge einer Wahrnehmungstäuschung.¹³ Nikolaus Kopernikus (1473-1543) schließlich beseitigte die Vorstellung der zentralen Erde endgültig, als es ihm gelang, die Sonne erstmals als gemeinsames Zentrum der Planetenumlaufbahnen zu identifizieren. In seinem bahnbrechenden Buch „Commentrariolus“ (1514) stellt er die Sonne als Zentrum des Universums dar. Jahre später ließ er die Erde und die anderen Planeten in „De revolutionibus orbium coelestium“ (1543) um die Sonne kreisen.¹⁴ Kopernikus zerstörte für immer den Mythos des geozentrischen Kosmos und prägte das Konzept der Pluralität der Welten, wonach es viele Planeten wie die Erde gäbe. Heute wird dies auch als Prinzip der Mittelmäßigkeit, Prinzip der Mediokrität oder auch als kopernikanisches Prinzip bezeichnet.¹⁵ Die anderen Planeten unseres Sonnensystems sollten fortan nicht mehr nur bloße leuchtende Punkte am Himmel sein, sondern erhoben sich zu potentiell belebten Welten wie der Erde. Die kopernikanischen Erkenntnisse trieben die Vorstellung einer Vielzahl belebter Welten stark voran. Der Glaube, andere planetare Welten könnten Leben beherbergen, ähnlich dem irdischen, breitete sich in Wissenschaftskreisen aus. Alle Planeten seien demnach Erden, morphologisch ebenso gestaltet mit Bergen, Tälern, Meeren, Flüssen, Pflanzen und Tieren – vielleicht auch mit anderen, womöglich sogar höher entwickelten, Menschen.¹⁶ Kopernikus konnte Sanktionen durch die Kirche weitgehend entgehen.

Dem Mathematiker und Astronomen Giordano Bruno (1548-1600) dagegen wurde das leidenschaftliche Ersinnen extraterrestrischer Perspektiven zum Verhängnis. Bruno wurde für seine Äußerungen und Überlegungen 1600 inquisitorisch verurteilt und schließlich auf dem Scheiterhaufen verbrannt. Er vertrat wie Kopernikus ein heliozentrisches, sonnenzentriertes Weltbild und gilt als einer der wichtigsten frühen Verfechter dessen. Er beschrieb konkret die Existenz von Exoplaneten, also Planeten außerhalb des Sonnen-systems:

„Es gibt also zahllose Sonnen, zahllose Erden, die gleichermaßen ihre Sonne umkreisen, wie wir es an diesen sieben unsre Erde zunächst umkreisenden Planeten sehen. […]; da das All unendlich ist, muß es mehrere Sonnen geben; denn es ist unmöglich, daß die Wärme und das Licht einer einzigen […] sich durch die Unendlichkeit ergießen könnte. Daher ist anzunehmen, daß es unzählige Sonnen gibt, deren viele für uns in Gestalt kleiner Körper sichtbar sind; und manche mögen uns als kleine Sterne erscheinen, die viel größer sind, als andre, die uns als die größten erscheinen.“¹⁷

Auch über Leben auf diesen Welten spekulierte Bruno:

„Denn unmöglich kann ein vernünftiger und einigermaßen geweckter Verstand sich einbilden, jene unzähligen Welten, die entweder Sonnen sind, oder denen eine Sonne nicht weniger herrliche und befruchtende Strahlen zusendet, […] von ähnlichen oder besseren Bewohnern beraubt seien.“¹⁸

Giordano Bruno war sich sicher, dass im All höhere, „göttlichere“ Wesen existieren, mit denen zu kommunizieren sich lohnen würde. Auch die hypothetische Raumfahrt war ein Thema, das Bruno beschäftigt hat. Seinem leidenschaftlichen, sehnsüchtigen extraterrestrischen Glauben, der stark konträr der bestehenden christlichen Dominanz gerichtet war, dabei doch seiner Zeit weit voraus, wurde von der Inquisition schließlich ein Ende gesetzt. Auf Bruno geht auch die zukunftsweisende Idee zurück, dass der Raum nicht, wie damals angenommen, vom Äther erfüllt sei sondern dass alles von einem Vakuum umgeben sei. Als revolutionär lässt sich mühelos auch Brunos Überlegung über die Notwendigkeit von Wasser auf einem Planeten für die Entstehung und Existenz von Leben bezeichnen.¹⁹

Teils richtige, teils falsche Vorstellungen und Mutmaßungen wurden im Laufe der Geschichte stetig von handfesten Erkenntnissen abgelöst. Die Erfindung des Teleskops brachte nach der kopernikanischen eine nächste große Revolution, die das Bild der Erde im Kosmos für immer grundlegend verändern sollte. Eine erste offizielle Teleskop-Lizenz erwarb 1608 der niederländische Optiker Johannes Lippershey, dessen Teleskop eine drei- bis vierfache Vergrößerung des Sichtfeldes erzielte. Das neue optische Instrument verbreitete sich rasch in Europa, denn die Idee und der Traum der Verstärkung des Blicks lassen sich zurückdatieren bis ins 13. Jahrhundert, als der englisches Philosoph Roger Bacon sich eine Apparatur zur Vergrößerung der Umwelt wünschte.²⁰ Als der Mathematiker Galileo Galilei (1564-1642) im Jahre 1609 ein ursprünglich nur zur Landbeobachtung vorgesehenes Lippershey-Teleskop erhielt und sich daraufhin eine eigene, verbesserte Variante dessen baute, sollte dies der Beginn einer ganz neuen Ära der gesamten Astronomie werden. Galileo schaute mit seinem verbesserten Teleskop, das zunächst eine neunfache Vergrößerung, später eine 30-fache erreichte, als erster nach oben in den sternenerleuchteten Nachthimmel. In seinem Buch „Siderius nuncius“ (übersetzt: „Die Boten der Sterne“, „Sternenbote“ oder auch „Nachricht von den Sternen“) veröffentlichte er seine Ergebnisse. Er beobachtete den Mond und den Jupiter, später Gaswolken und konnte ein Jahr später die Jupitersatelliten Io, Europa, Kallisto und Ganymed identifizieren, die heute auch als galileische Monde bezeichnet werden:

„...drei zwar sehr kleine, aber sehr helle Sterne […], genau auf einer geraden Linie parallel zur Ekliptik […] und glänzender […] als andere Sterne gleicher Größe.“

Und später im Text:

„Jetzt haben wir nämlich nicht nur einen Planeten, der um einen anderen kreist, […] sondern […] vier Sterne, die Jupiter umkreisen wie der Mond die Erde, während alle zugleich mit Jupiter in einem Zeitraum von zwölf Jahren einen großen Kreis um die Sonne durchwandern.“²¹

Hiernach konnte Galileo endgültig nachweisen, dass auch die Erde einer Umlaufbahn folgt, elliptisch um die Sonne. Er manifestierte mit seinem revolutionären astronomischen Instrument, was Kopernikus und Bruno vor ihm nur vermutet haben: Die Erde ist nur eines von unzähligen kosmischen Objekten. Aristoteles feste Vorstellungen einer universalzentralen Erde wurden endgültig und beweisträchtig widerlegt. Galileo bot Beobachtungen statt Spekulationen. Dennoch sollte es noch Jahrzehnte dauern, bis seine Erkenntnisse flächendeckend akzeptiert wurden.²² Wie auch Bruno vor ihm, vermutete Galileo, dass es in der Milchstraße viel mehr Sterne geben müsse als bisher angenommen:

„Die Galaxis ist nämlich nichts anderes als eine Ansammlung zahlloser, haufenförmig angeordneter Sterne.“²³

Galileo gilt heute als einer der bedeutendsten Wissenschaftler der Menschheitsgeschichte, nicht zuletzt, weil er – aufbauend auf der von Kopernikus losgetretenen Revolution des menschlichen Selbstverständnisses – für die klare Definition eines neuen Bewusstseins der Naturwissenschaft gesorgt hat. Teil seines Vermächtnisses ist der große Effekt, den diese Veränderung auf die Imagination der folgenden Generationen gehabt hat.²⁴

Später im Jahr 1609, dem Jahr, als Galileo erstmals gen Himmel blickte, gelang es seinem Zeitgenossen Johannes Kepler (1571-1630) Planetenbahnen sogar zu berechnen und Gesetze daraus abzuleiten. Sein Werk „Astronomia nova“, enthält die ersten beiden Gesetze der „Keplerschen Bahnmechanik“, die bis heute Gültigkeit besitzen. 1618 folgte „Harmonice munde libri V“, in dem er das dritte Gesetz der Planetenbewegung formulierte. Noch heute spielen die drei Keplerschen Gesetze in Zusammenhang mit der Newtonschen Gravitationskonstante bei der Bestimmung der Parameter eines Exoplaneten eine maßgebliche Rolle.²⁵ Als Kepler ein Jahr später ebenso wie Bruno und Galileo zu dem Schluss kam, dass unsere Sonne nur einer von vielen Sternen ist und auch andere Sterne von Planeten umkreist werden, geriet er erstmals mit dem die Wissenschaft dominierenden Vatikan in Konflikt. Auch Kepler war davon überzeugt, dass es auf anderen Himmelskörpern und Planeten Leben geben müsse, auf dem Mond wie auch auf dem Jupiter.²⁶

In der von Kepler veröffentlichten Erzählung „Somnium, seu opus posthumum de astronomia lunari“ („Traum oder posthumes Werk über Astronomie des Mondes“)²⁷, die heute als eine der ersten dem Genre Science-Fiction zugehörigen Geschichten bezeichnet werden kann und die erst 1634 nach seinem Tod durch seinen Sohn veröffentlicht wurde, lüftet er die „Geheimnisse des Himmels“²⁸ und beschreibt sehr detailliert und physikalisch fundiert eine fiktive Reise zum Mond, der von intelligenten, menschenartigen Wesen belebt wird. Seiner Zeit weit voraus war Keplers Überlegung, dass das Leben im Universum zufällig und an jedem anderen Ort im Universum entstehen könne, genauso wie es auf der Erde geschehen ist.²⁹

Die Übergangsepoche zwischen Mittelalter und Neuzeit, in der Naturwissenschaftler und Philosophen wie Nikolaus von Kues, Nikolaus Kopernikus, Giordano Bruno, Galileo Galilei und Johannes Kepler gewirkt haben, stellt den Beginn des umfassenden Überschreitens irdischer Grenzen dar und festigte für immer den Glauben daran, dass die Erde nur eine von vielen belebten Welten in Universum ist. Hierbei spielte auch immer die Imagination eine große Rolle, einerseits beim Überschreiten physikalischer Grenzen, andererseits bei der Begegnung des Menschen mit extraterrestrischem Leben.³⁰

Zahlreiche weitere große Astronomen und Naturphilosophen beschäftigten sich fortan mit Theorien der Pluralität belebter Welten im Universum. Große Bedeutung hierfür hatten die Überlegungen des Optikers, Physikers, Mathematikers und Astronomen Christiaan Huygens (1629-1695), dem Begründer der Wellentheorie des Lichts, der auch einer neuen Generation verbesserter Teleskope den Weg bereitete. 1690 spekulierte Huygeens ebenfalls über außerirdisches Leben und brachte die Philosophie der Pluralität des Lebens als Gegenentwurf zur immer noch sehr dominanten Theologie weit voran.³¹ Auch der einflussreiche französische Aufklärer Bernard le Bovier de Fontenelle (1657-1757) stellte in seinem 1686 veröffentlichten Werk „Gespräche über die Vielzahl der Welten“ Überlegungen zur Vielzahl bewohnter Planeten an und konnte damit Thesen zur Extraterrestrik einer breiten Leserschaft bekannt machen.³² Die gesamte astronomische Renaissance ist von einer fortschreitenden Dezentralisierung der Erde geprägt.

Eine frühe Theorie zur Planetenentstehung formulierte Immanuel Kant (1724-1804) im Jahr 1755, der wie viele andere Renaissance-Wissenschaftler Wolken im Andromeda-Sternbild beobachtete. Kant prägte daraufhin den Begriff des „Inseluniversums“ für eine rotierende Gaswolke, die sich aufgrund ihrer eigenen Gravitation zu einer Scheibe verdichtet. Aus einer solchen Scheibe könnten Sonne, Erde und die anderen Planeten des Sonnensystems entstanden sein, schloss Kant. Der französische Mathematiker, Physiker und Astronom Pierre-Simon de Laplace (1749-1827) entwickelte diese Idee weiter: Unser Sonnensystem sei eines von vielen, die alle auf die gleiche Weise entstanden sind.³³ Kant hat ausgiebig über die Existenz und Entstehung von Leben auf anderen Planeten nachgedacht:

„Indessen sind doch die meisten unter den Planeten gewiss bewohnt, und die es nicht sind, werden es dereinst werden.“³⁴

Der solare Planet Neptun wurde zwar schon 1612 und 1613 von Galileo beobachtet, doch seine Existenz konnte erst 1846 durch Berechnungen des Franzosen Urbain Le Verrier (1811-1877) endgültig nachgewiesen werden: Aufgrund des Einflusses seiner Gravitation auf seine Umgebung konnte Verrier beweisen, dass Neptun da sein musste. Diese Methode stellte eine astronomische Sensation dar. Heute werden Exoplaneten nicht nur beobachtet, sondern auch aufgrund des gravitatorischen Einflusses auf ihren Mutterstern identifiziert.³⁵

Eine entscheidende Weiterentwicklung des Teleskops und seiner Okulare gelang Friedrich Wilhelm Herschel (1738-1822), der mit einer Eigenentwicklung am 13. März 1781 Uranus entdecken konnte. Das Fortschreiten der Teleskoptechnologien diente später auch dem italienischen Astronomen Giovanni Schiaparelli (1835-1910), der besonders aufgrund seiner Beobachtungen von Merkur, Venus und Mars Berühmtheit erlangte. Doch für ebenso viel Aufsehen sorgten seine Beobachtungen der Marsoberfläche im Jahr 1877, die die Grundlage für Schiaparellis Vermutungen zu Leben auf dem roten Planeten bildeten. Er entdeckte zunächst zarte Linien auf dem Mars, die er für Flüsse hielt. Im Zuge der Aufmerksamkeit dieser Entdeckung und der daraus folgenden öffentlichen Debatte wurden Flüsse medial zu künstlich angelegten Kanälen umgedichtet, die als Bewässerungs-system einer hochentwickelten, aber bedrohten Zivilisation dienten.³⁶ Erst 1965, 88 Jahre später, konnte die Mariner-4-Sonde mit ihren Bildern für Klarheit sorgen und das bis dato ungelöste Rätsel über die Marskanäle lösen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Dokumentation der schwarzen Linien im Lichtspektrum von Fraunhofer. Das Auftreten und die Ausprägung der Linien lassen Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung und Temperatur der Gase eines Sterns zu. (Quelle: Deutsches Museum, München)

Zur Zeit der Aufklärung wurde eine ganze Reihe wissenschaftlicher Entdeckungen gemacht, die fundamental für die heutige Exoplanentensuche sind. Allen voran die Begründung der Spektrometrie und Spektralanalyse 1859, die auf Joseph Fraunhofers (1787-1826) Fraunhofer'sche Linien (Abb. 1) zurückzuführen sind. Hierbei wird das Licht prismatisch in seine Bestandteile zerlegt und anschließend gemessen, was unter anderem Rückschlüsse auf die innere Struktur (z.B. chemische Zusammensetzung) und Temperatur der Lichtquelle, z.B. der Sonne, zulässt. Ebenso spielt die Entdeckung der Parallaxe nach Friedrich Wilhelm Bessel (1784-1846) eine Rolle für die moderne Exoplanetenforschung. Parallaxe ist eine scheinbare Winkelverschiebung von nahen Sternen aufgrund der Bewegung der Erde um die Sonne, die als Grundlage der astronomischen Entfernungsbestimmung von fundamentaler Bedeutung ist. Auch der 1930 von Bernard Ferdinand Lyot (1897-1952) erfundene Coronagraph, mit dem man bei der Beobachtung der Sonne außerhalb einer Sonnenfinsternis erstmals das alles überstrahlende Licht ihrer Corona ausblenden konnte, lieferte entscheidende Grundlagen-erkenntnisse.

Die Einführung der adaptiven Optik brachte die Teleskop-Technik auf eine neue Stufe. Störende atmosphärische Einflüsse konnten bei der Beobachtung des Alls fortan teilweise ausgeglichen werden. Im frühen 20. Jahrhundert gebaute riesige neue Teleskope ließen Beobachtungen zu wie nie zuvor. Weitere grundlegende Erkenntnisse und große Fortschritte für die Astronomie sind Edwin Hubble (1889-1953) zu verdanken, der 1929 mit einem neuen 2,5-Meter Teleskop zufällig beobachtete, dass Entfernungen zwischen Kants „Inseluniversen“ liegen müssen. Er erkannte, dass die Nebelinseln keine Teile unserer Milchstraße, sondern noch weiter entferntere Objekte sind, bei denen es sich nur um andere Galaxien handeln konnte, die weit verstreut und mit großen Abständen zueinander im Raum verteilt liegen.³⁷ Hubble entdeckte anhand der Rotverschiebung³⁸ des Lichtspektrums einzelner Galaxien außerdem, dass sich die meisten Galaxien im Universum von der Milchstraße wegbewegen. Daraus schloss er, dass sich das Universum im Ganzen ausdehnen müsse. Dies passte zu der 1927 erstmals formulierten Urknalltheorie: Etwas, das sich ausdehnt, müsse schließlich auch einen Ursprungspunkt haben.³⁹

Innerhalb von 2000 Jahren haben Forscher die Erde und damit den Menschen immer weiter von einem zentralen, kosmischen Standort zu einem einfachen, winzigen und unbedeutenden kleinen Teil eines immer größer werdenden Universums herab trivialisiert; auf eine Umlaufbahn um einen Stern, der einer von Milliarden in einer Galaxie ist, die eine von Milliarden in einem expandierenden Universum ist – vom Geozentrismus, über den Heliozentrismus hin zum Galakto-zentrismus und schließlich zum Kosmozentrismus, beziehungsweise der Idee eines dezentralen Universums.⁴⁰

Die Geschichte der Astronomie und der Extraterrestrik hat das Weltverständnis des Menschen grundlegend verändert. Seit Kopernikus wurden Erde und Mensch mehr und mehr Mittelmaß. Einstein und Darwin verstärkten dies zusätzlich. Der Mensch war nicht mehr Krone der Schöpfung, sondern eine Spezies auf einem an Leben reichen Planeten. Ein Zufallsprodukt natürlicher universaler Kräfte, die möglicherweise auch an anderer Stelle in ähnlicher Weise wirken.⁴¹

2.2 SETI-Bemühungen

The thing to keep in mind is that we're still in the very early days when it comes to the search for extraterrestrial intelligence. Saying there's a silence is a bit like if Columbus, looking to discover a new continent, only sailed 10 miles off the coast of Spain before turning back to say, ,Nothing out there! – Seth Shostak, SETI Institute ⁴²

Der Glaube an außerirdisches Leben ist ebenso alt wie der nachdenkliche Blick in den Sternenhimmel. Generationen von Astronomen haben ihre Vorstellungen über die Pluralität belebter Welten weitergegeben. Konstant hält sich die Frage nach der Existenz extraterrestrischen Lebens als eines der grundsätzlichsten, ungelösten Rätsel der Wissenschaft, über das sich lange Zeit nur spekulieren ließ. Die Idee, aktiv und systematisch nach Leben im All zu suchen, beziehungsweise Beweise für dessen Existenz zu finden und sogar mit außerirdischem Leben Kontakt aufzunehmen, die weitestgehend als SETI⁴³ bezeichnet wird, ist dagegen eine verhältnismäßig neue Idee. Doch schon vor der SETI-Ära gab es Vorstellungen zur Überwindung irdischer Grenzen zum Erreichen außerirdischer Nachbar-zivilisationen. Bereits im 19. Jahrhundert äußerte der wegweisende deutsche Astronom, Physiker und Mathematiker Carl Friedrich Gauß (1777-1855) den Vorschlag, in der sibirischen Steppe riesige geometrische Figuren in der Gräser-Vegetation landschaftsbaulich zu gestalten, um mögliche Mondbewohner auf das irdische Leben aufmerksam zu machen. Gauß soll ebenfalls erklärt haben, dass eine Kontaktaufnahme mit Mond- oder Marsmenschen für ihn von größerer Bedeutung wäre als die Entdeckung Amerikas.⁴⁴ Der amerikanische Raketentechnikpionier Robert Goddard (1882-1945) vertrat wie viele vor ihm die Ansicht, dass es viele weitere erdähnliche Planeten im All gäbe, auf denen folglich auch menschenähnliche Wesen existieren müssten. Goddard wies darauf hin, dass die Menschheit aktiv nach diesen suchen sollte. Auch der progressive Physiker Nikola Tesla (1856-1943) glaubte an die Existenz außerirdischer Intelligenz und war der Überzeugung während eines Experiments im Jahr 1899 die erste Nachricht einer extraterrestrischen Zivilisation empfangen zu haben.⁴⁵ Zahlreiche weitere namhafte Wissenschaftler haben sich im 19. und frühen 20. Jahrhundert mit der Idee der Kommunikation mit außerirdischen Intelligenzen auseinander gesetzt. Der Großteil aller Schriften, die sich vor 1916 in irgendeiner Weise mit dem Thema „Leben im All“ auseinandersetzen, ist in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts entstanden und behandelt überwiegend die mögliche Existenz von Mond- oder Marsbewohnern.⁴⁶ Nach den großen und grundlegenden astronomischen Entdeckungen des frühen 20. Jahrhunderts⁴⁷ wurde die Frage nach der Existenz hochentwickelter außerirdischer Zivilisationen mehr und mehr diskutiert. Einen seiner Höhepunkte erreichte dieser seriös geführte Diskurs weltweit in den 1960er Jahren, der Dekade, die den Beginn der wissenschaftlichen Suche nach extraterrestrischer Intelligenz mit Hilfe der Radioastronomie, die als SETI Geschichte schreiben sollte, markiert.

Bereits 1909 hatte der amerikanische Astronom David Peck Todd (1855-1939) den Gedanken, dass außerirdische Zivilisationen ebenso wie die Menschen Radiosignale erzeugen könnten, die man mit etwas Glück auch hören können müsste. Er wollte mit Forschungsballons, die sensible Radioempfangsgeräte in große Höhe transportieren sollten, extraterrestrische Radiosignale entdecken. Todd fand jedoch nie einen zahlungsbereiten Sponsor für seine Idee.⁴⁸ Einer der Pioniere der Radioastronomie war der Physiker und Radioingenieur Karl Jansky (1905-1950), der Anfang der 1930er Jahre damit beauftragt war, atmosphärische Störungen und andere Störquellen im irdischen Radiobereich zu untersuchen. Bei seinen Messungen stieß Jansky 1931 auf sehr starke Geräusche bei einer Wellenlänge von 14,60 Meter, die nicht von der Erde stammen konnten. Nachdem man die Sonne als mögliche Quelle ausschließen konnte, wurde Jansky bewusst, dass das vernommene Knistern von entfernteren Sternen, vielleicht sogar aus dem Zentrum der Milchstraße herrühren musste. Janskys Entdeckungen bildeten das Fundament der Radioastronomie und damit die technische Grundlage für die ersten Versuche, außerirdische Zivilisationen radioastronomisch aufzuspüren.⁴⁹ Der erste Wissenschaftler, der mit dieser Technik schließlich systematisch, ambitioniert und kostspielig nach extraterrestrischen Radiosignalen suchen konnte, war der Astronom und Astrophysiker Frank Drake von der Cornell University im US-Bundesstaat New York – neben Harward, Yale und Princeton eine der renommiertesten Universitäten der Welt – der als erster SETI-Forscher in die Geschichte eingehen sollte und heute eine Ikone der Suche nach extraterrestrischer Intelligenz ist. Statt mit Raumschiffen oder Sonden nach Leben im All zu suchen, griff er im Alter von 26 Jahren als Doktorand Janskys Grundlagen auf und schlug vor, mit großen Radioteleskopen nach außerirdischen Signalen beziehungsweise Auffälligkeiten zu horchen.⁵⁰ Drakes folgende Forschung markiert den Beginn der wissenschaftlichen Suche nach Leben im All.

Auch der renommierte Physiker Philipp Morrison (1915-2005), der in den 1940er Jahren unter anderem am Manhattan-Projekt beteiligt war, plädierte dafür, mit Radioteleskopen nach ungewöhnlichen Radiosignalen aus dem Weltraum zu horchen. Zusammen mit Giuseppe Cocconi (1914-2008), einem italienischen Elementarteilchenphysiker, der 1947 den Ursprung kosmischer Strahlung nachwies, formulierte er 1959 einen wegweisenden Artikel mit dem Titel „Suche nach interstellarer Kommunikation“ für die wissenschaftliche Zeitschrift Nature. Auf Morrison geht der vielfach verwendete Begriff SETI zurück.⁵¹

Seine Hauptmotivation schilderte er folgendermaßen:

„Die Erfolgswahrscheinlichkeit ist schwer einzuschätzen; aber wenn wir niemals suchen, ist die Chance auf Erfolg gleich null.“⁵²

Frank Drake, der schon im Rahmen seiner Dissertation 1956 über auffällige Radiosignale gestolpert war und diesen als Radioastronom ab 1958 weiter nachspürte, begründete schließlich 1959 das Projekt „Ozma“⁵³. Hierbei sollte mit einem Radioteleskop des Green-Bank-Observatoriums in West Virginia im All zunächst nach auffälligen Signalen gesucht werden. Am 8. April 1960 begann die Suche mit dem Fokus auf den 11,9 Lichtjahre entfernten sonnenähnlichen Stern Tau Ceti im Sternbild Walfisch⁵⁴, ohne verzeichneten Erfolg, dafür mit einer Menge von irrtümlicherweise als extraterrestrische Signale identifizierten Radiowellen. Nach wenigen Monaten wurde das Projekt wieder beendet. Das Horchen in den Weltraum via Radioteleskop ist rein technisch eine eher schwierige Angelegenheit. Zum einen muss exakt dieselbe Frequenz abgehorcht werden, die potentielle Sender ebenfalls verwenden, zum anderen gibt es vielfältige Störungen der Radiosignale, die z.B. durch Strahlung (z.B. durch Pulsare oder Gamma Ray Bursts⁵⁵ ) auftreten. Hinzu kommt, dass Radiowellen sich im Vakuum des Alls zwar geradlinig ausbreiten, dieses jedoch voller Magnetfelder, Gas- und Staubpartikel ist, wodurch sie absorbiert, reflektiert oder gebeugt werden können. Dies führt zu Täuschungen. Auch wirtschaftlich ist SETI eine schwierige Sache, denn vielfach wurden beispielsweise in den USA staatliche SETI-Programme aufgrund ausbleibender Ergebnisse finanziell gekippt.⁵⁶

Im Anschluss an Projekt Ozma, jenes erste SETI-Experiment, fand 1961 eine erste SETI-Konferenz statt, die als Green-Bank-Konferenz in die Geschichte eingehen sollte, an der unter anderem auch Philipp Morrison, Gioseppe Cocconi und der berühmte und wegweisende amerikanische Astronom und Pulitzer-Preisträger Carl Sagan (1934-1996) teilnahmen. Hier stellte Frank Drake seine berühmte Formel zur Abschätzung der Menge existierender extraterrestrischer Zivilisationen, mit denen wir in Kontakt treten können, vor, die bis heute weitreichend diskutiert und variiert wurde. In Kapitel 4, Abschnitt 4.3, dieser Arbeit wird die „Drake-Formel“, „Drake-Gleichung“ oder auch „Green-Bank-Gleichung“⁵⁷ genauer betrachtet. Eine Motivation zur Aufstellung der Formel war das Fermi-Paradoxon. Nachdem man in den 1940er Jahren noch überall im Universum außerirdisches Leben und hochentwickelte Zivilisationen vermutete, nahm der italienische Kernphysiker und Physik-Nobelpreisträger Enrico Fermi diesem extraterrestrischen Enthusiasmus 1950 den Wind aus den Segeln. Auf ihn geht die Aussage zurück:

„Wenn es überall Außerirdische gibt, wo sind sie dann?“⁵⁸

Er wies damit auf einen bestehenden Widerspruch bei der Frage nach der Existenz extraterrestrischen Lebens hin: Bis zum heutigen Tag sind weder außerirdische Sonden noch Raumschiffe gefunden wurden, noch extraterrestrische Nachrichten oder Lichtemissionen empfangen wurden – obwohl Leben doch überall entstanden sein mag. So schlicht und simpel wie Fermis provokative Frage auch ist, so tiefgreifend hat sie die SETI-Forschung bis heute zum Nachdenken angeregt.⁵⁹ Mögliche Erklärungen des Fermi-Paradoxons werden in Kapitel 7, Abschnitt 7.1.4, behandelt. In Green Bank wurde 1961 die Existenz außerirdischer Intelligenz seriös und in großem Rahmen diskutiert.⁶⁰ Namhafte Wissenschaftler gaben auf Basis der Formel ihre Einschätzungen ab und boten Lösungsvorschläge für das Fermi-Paradoxon.⁶¹

Die SETI-Idee weitergedacht hat Carl Sagan, der zu Lebzeiten eine Mainstream-Ikone der Astronomie und führende Kraft der SETI-Bewegung war. Sagan war maßgeblich an den mit der Sonde Mariner 9 durchgeführten Untersuchungen des Mars beteiligt und wies als einer der ersten SETI-Forscher darauf hin, dass eine mögliche außerirdische Zivilisation uns womöglich technisch Millionen oder sogar Milliarden von Jahren voraus sein könnte, da die Sonne ein vergleichsweise junger Stern ist. Eine Kommunikation mit Radiowellen schien ihm unpassend für eine so fortschrittliche Zivilisation. Auch könnten deren Signale effizienter und deswegen verschlüsselt oder stark reduziert sein – und damit schwerer zu entdecken.⁶² Carl Sagen verhalf SETI zu breitem Voranschreiten und großer massenmedialer Popularität. Durch fortwährende und zahlreiche Schriften, Interviews und TV-Auftritte verbreitete er die Botschaft von SETI weltweit, weshalb er von konventionelleren Wissenschaftlern stark kritisiert wurde.⁶³ Auch außerhalb der USA fanden bald Konferenzen zum Thema „Extraterrestrisches Leben“ statt, beispielsweise die sowjetisch-amerikanische Tagung zur Kommunikation mit extraterrestrischen Intelligenzen im September 1971 in Armenien, mitten im kalten Krieg.⁶⁴

In den 1970er Jahren wurden schließlich nicht nur Versuche unternommen extraterrestrische Botschaften zu empfangen, sondern auch selbst mit möglichen außerirdischen Zivilisationen in Kontakt zu treten. Heute wird dies als „Active SETI“ oder METI („Messaging Extra Terrestrial Intelligence“) bezeichnet.⁶⁵ Carl Sagan war maßgeblich daran beteiligt, dass die Sonden Pioneer 10 und 11 in den Jahren 1972 und 1973 mit jeweils einer Botschaft für außerirdische Zivilisationen ausgestattet wurden. Zusammen mit Frank Drake entwarf Sagan goldbeschichtete Aluminiumplatten, auf denen neben den menschlichen Silhouetten beider Geschlechter, der kodierten Position der Sonne unter anderem auch eine Darstellung des Sonnensystems mit Start- und Austrittspunkt der Sonden schematisch abgebildet ist (Abb. 2).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Auf den 23 x 15 x 0,1 cm großen Plaketten der Pioneer-Sonden 10 und 11 dargestellte Schemata. (Quelle: Nasa)

1974 war Frank Drake für das Senden einer binär verfassten Botschaft an Außerirdische in Form eines Piktogramms verantwortlich, die mit dem leistungsstarken Arecibo-Teleskop in Puerto Rico tief ins All gesendet wurde. Die Nachricht, auch bekannt als „Drake'sches Kosmogramm“⁶⁶ bestand aus 1679 Bits, die sich verteilt auf 73 Reihen zu je 23 Zeichen (Primfaktoren) zu einem Bild zusammensetzen ließen. Dargestellt wurden unter anderem das Zahlensystem, wichtige chemische Elemente, die Grundbausteine des irdischen Lebens und der DNA und Informationen über den Menschen und das Sonnensystem. Die Nachricht wurde in den zu diesem Zeitpunkt 25.000 Lichtjahre entfernten Kugelsternhaufen M13 im Sternbild Herkules, bestehend aus 300.000 Sternen, gesendet. Erfolgversprechend war dieses Signal nicht. Vielmehr war es als eine Art PR-Maßnahme initiiert worden, um das nach umfangreichen Instandsetzungsmaßnahmen wiederbelebte Radioobservatorium zu feiern.⁶⁷ Mit einer Antwort ist aufgrund der großen Entfernung zu einem möglichen Empfänger erst in mehr als 52.000 Jahren zu rechnen.⁶⁸ Es wird heute außerdem als wahrscheinlich erachtet, dass die Nachricht ihr Ziel aufgrund eines Rechenfehlers nicht wie ursprünglich geplant erreichen wird.⁶⁹

Auf Vorschlag eines Forscherteams um Carl Sagan, Philipp Morrison und Frank Drake, aber auch der Science-Fiction-Autoren Isaac Asimov, Arthur C. Clarke und Robert A. Heinlein, wurden 1977 nach dem Vorbild der Pioneer-Plaketten auch die gestarteten Sonden Voyager 1 und 2 mit einer Botschaft an Außerirdische in Form von vergoldeten Daten-Schallplatten versehen, die neben 115 gespeicherten Bildern der Erde auch Audiodaten enthalten, die Geräusche, Sprachen und Musik aus der ganzen Welt umfassen (Abb. 3).⁷⁰

Auf der Oberfläche der Scheiben ist zusätzlich eine Art codierte Gebrauchsanweisung abgebildet, die von einer hochentwickelten Zivilisation entschlüsselbar sein sollte. Die Lebensdauer dieser Platten wird auf 500 Millionen Jahre geschätzt. Auch wenn es die Menschheit irgendwann nicht mehr geben wird, werden diese Platten lange Zeit Zeugnis über die Existenz des Menschen ablegen können, sofern die Sonden nicht einem kosmischen Unfall zum Opfer fallen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: NASA-Fotografie einer der beiden identischen Voyager-Sonden von 1977. Die „Voyager Golden Record“ ist an der Außenhülle angebracht erkennbar. (Quelle: NASA)

Ende Juli 2012 hat Voyager 1 als erstes menschliches Artefakt überhaupt das Sonnensystem verlassen und befindet sich heute ca. 20.630.000 km (ca. 138 AU) von der Erde entfernt.⁷¹ All diese Active-SETI-Botschaften verraten viel über die Existenz des Menschen und dessen Lebensraum und Standort, sofern sie entschlüsselt werden können. „Active SETI“ birgt daher nach Ansicht einiger namhafter Wissenschaftler auch Risiken.⁷²

Trotz ausbleibender Ergebnisse gingen die Projekte und Bemühungen der Suche nach extraterrestrischer Intelligenz weiter. Carl Sagan, der Planetenforscher Bruce Murray und der Astronaut Louis Friedman gründeten 1980 die renommierte Planetary Society, eine NGO, die die Erforschung des Sonnensystems und die Suche nach Leben im All vorantreiben möchte. 1984 wurde das privat finanzierte SETI Institute gegründet.⁷³ Viele universitäre Einrichtungen, speziell in den USA, trieben SETI in den 1980er Jahren voran und starteten eigene Projekte. Die Nutzung von Radioteleskopen für SETI-Zwecke wurde weltweit ausgeweitet. In den 1990er Jahren wurde SETI nach großen Bemühungen der Befürworter, allen voran Carl Sagan, ein offizielles NASA-Projekt und mit einem Budget von 100 Millionen Dollar bis 2001 ausgestattet. Den Höhepunkt dieser Phase bildet das 1992 ins Leben gerufene NASA Projekt „MOP“ (Microwave Observing Program), später HRMS (High Resolution Microwave Survey), bei dem ca. 1000 sonnenähnliche Sterne innerhalb einer Distanz von 100 Lichtjahren nach Signalen außerirdischer Zivilisationen abgesucht wurden. Das MOP stützte sich größtenteils auf effiziente neue Computertechnologien, wurde jedoch schon 1993 wieder eingestellt, weil der US-Kongress aufgrund fehlender Ergebnisse weitere Finanzierungen versagte. Schon Mitte der 1990er Jahre wurde SETI daher größtenteils privat getragen, von der kleinen, idealistischen sozialen Bewegung, zu der SETI geworden war, die immer noch euphorische Hoffnungen in ihre Arbeit setzte.⁷⁴ Nennenswert ist hier das 1995 vom SETI Institute gestartete Projekt Phoenix, bei dem bis ins Jahr 2004 710 sonnenähnliche Sterne in bis zu 200 Lichtjahren Distanz radioastronomisch abgehört wurden – ebenfalls ohne Ergebnis, obwohl Projekt Phoenix als das bis dato feinste Abhörprogramm der gesamten SETI-Geschichte gilt.⁷⁵ Privat finanziert und unabhängig weiter geführt werden SETI-Projekte bis heute. Die Initiative „SETI @ Home“ beispielsweise ist ein von der Planetary Society seit 1999 unterstütztes Programm zur Auswertung gesammelter Datenmengen des Arecibo-Teleskops über das Internet. Prinzipiell jeder mit dem Internet verbundene Computer kann sich bei SETI @ Home anmelden und mit seiner privaten Rechenleistung zur kollektiven Auswertung der gesammelten Daten beitragen. Seit 2005 läuft das Projekt unter dem Namen BOINC. Bislang sind 5,4 Millionen Nutzer aus 230 Ländern registriert. Erfolge konnten auch hierdurch bisher nicht verzeichnet werden.⁷⁶

Ob SETI eines Tages tatsächlich auf Signale extraterrestrischer Zivilisationen stößt, lässt sich nicht sagen. Ebenso wenig lässt sich diese Möglichkeit aber ausschließen, seien die offensichtlichen Chancen auch noch so gering. Der Versuch ein künstliches, außerirdisches Signal aufzufangen, das Signalen der Erde gleicht, von daher extrem schmalbandig (wenige Millimeter bis Zentimeter) und hochfrequent (im Gigahertz-Bereich) und aufgrund der großen Distanzen im All sehr schwach wäre, lässt sich leicht mit der sprichwörtlichen Suche nach der Nadel im Heuhaufen vergleichen. Noch sinnbildlich-treffender ist wohl ein Vergleich mit den Erfolgschancen bei der Suche eines Tropfens Tinte im Atlantischen Ozean.⁷⁷ Der Optimismus der SETI-Forscher bleibt davon unbeeindruckt. Frank Drake schrieb 1992 über SETI:

„[…] die größte Entdeckung ist nicht einfach zu machen. Wenn es bei SETI je Pessimisten gab, dann gibt es sie heute sicher nicht mehr.“

Außerdem:

„[...] das Entdecken einer Zivilisation wird beweisen, daß es noch viele andere gibt, die wir finden können. Ich bezweifle nicht, daß es geschehen wird. Meine Frage ist nur wann? Die Stille, die wir bislang erfahren haben, ist keineswegs bedeutsam. Immer noch haben wir nicht lange genug oder intensiv genug gesucht.“⁷⁸

Carl Sagan, einer der größten Optimisten der Extraterrestrik, vertrat die Meinung, dass das Werkzeug der Radioastronomie auch dazu genutzt werden müsste, um nach Signalen zu suchen, sei es auch noch so schwierig. Sagan schrieb 1973:

„Ich bin indes der Meinung, daß wir einiges dazu tun können, um die Wahrscheinlichkeit eines Erfolges zu vergrößern, und daß das normale Verfahren der Radioastronomie doch nicht ganz dasselbe ist wie eine gezielte Suche […].“⁷⁹

Als bisher größter Erfolg der SETI-Bemühungen seit 1961 ist lediglich ein auffälliges und bis heute ungeklärtes Signal zu verzeichnen, das als „Wow!“-Signal in die Geschichte einging. Dieser Name bezieht sich auf die Notiz des Astrophysikers Jerry Ehman, der das Wort „Wow!“ auf einen Signalausdruck des „Big Ear“-Radioteleskops der Ohio State University neben einen auffälligen Signalwert handschriftlich notierte. Auffallend war, dass das im August 1977 eingefangene Signal 30 mal stärker als das übliche Hintergrundrauschen auftrat, also sehr intensiv. Es war zudem schmalbandig, wohingegen alle gängigen empfangenen Signale, z.B. von Quasaren (den Kernen von Galaxien) breitbandig sind. Eine weitere Besonderheit war, dass es 72 Sekunden lang konstant empfangen wurde, wohingegen ein mit dem „Big Ear“-Teleskop empfangenes Signal in der Regel nach 36 Sekunden seinen Höhepunkt erreicht und abfällt. Das Wow!-Signal wurde und ist bis heute ein exzellenter Kandidat für einen künstlichen Ursprung. Bis heute konnte es, trotz folgender, intensiver Messungen, nicht wieder eingefangen werden. Zahlreiche mögliche Fehlerquellen wurden untersucht, doch nach wie vor muss der Ursprung des Signals als ungeklärt bezeichnet werden.

Inzwischen werden für SETI Radioteleskope eingesetzt, die Millionen von Kanälen gleichzeitig überwachen können. Die Suche nach extraterrestrischer Intelligenz, als OSETI (Optical Search for Extraterrestrial Intelligence) wird auch im optischen Bereich vorangetrieben. Ausschau gehalten wird nach künstlichen Lichtemissionen, z.B. durch Laser. Auch mit Hilfe moderner optischer Teleskope und deren Spektrometern werden bahnbrechende Erkenntnisse für SETI gemacht. Doch völlig neue Perspektiven für SETI bietet die Exoplanetenforschung, die neue Antworten und Untersuchungsgegenstände liefert und in Zukunft wichtige Erkenntnisse für die Suche nach außerirdischem Leben bringen wird.

3 DIE MODERNE EXOPLANETENFORSCHUNG

There are innumerable worlds of different sizes. In some there is neither sun nor moon, in others they are larger than in ours and others have more than one. These worlds are at irregular distances, more in one direction and less in another, and some are flourishing, others declining. Here they come into being, there they die, and they are destroyed by collision with one another. Some of the worlds have no animal or vegetable life nor any water.

– Democritus, 4. Jh. v. Chr.

Überlegungen zu anderen Planeten im Universum, zu belebten Welten, ähnlich der Erde, sind seit der frühesten Wissenschaftsgeschichte präsent. Zahlreiche wichtige Denker und wissenschaftliche Pioniere waren von einer Pluralität der Welten überzeugt. Die zweifelsfreie Identifikation des ersten Exoplaneten geschah jedoch erst in der jüngsten Geschichte – je nach Interpretation 1992 oder 1995 – und stellt ebenso einen Meilenstein wie einen Umbruch in diesem uralten Diskurs dar. Denn all den Vermutungen vergangener Zeiten liegen heute handfeste, wissenschaftliche Erkenntnisse zugrunde: Im Universum existieren tatsächlich unzählige Planeten, die eine überraschende Vielschichtigkeit aufweisen. Inzwischen sind tausende Planeten jenseits der Sonne entdeckt und bestätigt worden. Führende Wissenschaftler auf dem Gebiet der Exoplanetenforschung sprechen von einer goldenen Ära der Planetenentdeckungen. Führt man sich nun die unfassbare Menge der im Universum befindlichen Sternen und möglichen Exoplaneten vor Augen⁸⁰, scheint es nur eine Frage der Zeit – und des technologischen Fortschritts – bis Spuren von Leben, ob mikrobiotisch oder sogar hoch entwickelt, gefunden werden. Die Fragen, ob wir allein im All sind und ob es irgendwo eine oder mehrere andere Erden gibt, Grundfragen der Exoplanetenforschung, müssen seit Mitte der 1990er Jahre neu gestellt werden.

In diesem Kapitel wird vorab die Geschichte der ersten Exoplanetenentdeckungen dargestellt, bevor die Methoden der Planetenjäger und anschließend deren wichtigste Instrumente erklärt werden, eine neue Generation hochempfindlicher Observatorien, die leistungsstark vom Erdboden oder besonders effektiv direkt im Weltraum operieren. Teleskope wie Hubble oder Kepler haben nicht nur unser Verständnis vom Universum revolutioniert und verfeinert, sondern sind maßgeblich und wegweisend für die Entdeckung und Charakterisierung von Exoplaneten verantwortlich und sorgen dafür, dass die Spekulationen von einst durch Erkenntnisse ersetzt werden können. Die relativ junge Disziplin der Exoplanetenforschung setzt sich jedoch nicht nur mit der Suche und Identifikation von Exoplaneten im Raum auseinander, sondern auch mit deren Entstehung und Struktur (Atmosphäre, Magnetfeld, Strahlung, Plattentektonik, Vulkanismus, usw.). Die Suche nach Leben und lebensfreundlichen Orten im All ist dabei eine Hauptmotivation der Forschung.

Zunächst gilt es aber festzulegen, wie „Planet“ definiert ist, denn hierüber bestand lange Zeit Uneinigkeit. Erst im Zuge eines 2006 in Prag abgehaltenen Treffens der Generalversammlung der Internationalen Astronomischen Union (IAU) wurde einig festgelegt, dass ein sich im All bewegendes Objekt mehrere Bedingungen erfüllen muss, um als Planet bezeichnet werden zu können. Zunächst muss ein Planet um einen Stern kreisen, ferner über eine bestimmte Mindestmasse verfügen und letztlich eine annähernd runde Form haben. Darüber hinaus muss ein Planet die Umgebung seiner Umlaufbahn von anderen Objekten „bereinigt“ haben. Im Zuge dieser Debatte verlor auch der damals noch neunte Planet unseres Sonnensystems, Pluto, seinen Planetenstatus, da der letzte Punkt nicht auf ihn zutrifft.⁸¹ Eine Untergrenze wurde somit definiert, die Obergrenze bleibt weiterhin nur grob umrissen. Zahlreiche Himmelskörper lassen sich nicht eindeutig zuordnen. Schwierig wird dies bei außergewöhnlich massereichen, jupiterähnlichen Planeten und leichtgewichtigen, kleinen Sternen, sogenannten „Braunen Zwergen“, auch genannt „verhinderte“ Sterne („failed stars“), die zwar mindestens 10 bis 15 Jupitermassen haben können, aber dennoch zu klein sind, um in ihrem Innern die Fusionsprozesse eines schwereren Sterns zu beherbergen. Zu klären ist also, ab welcher Größe ein Planet als Stern zu bezeichnen ist, beziehungsweise wann ein Stern zu den Planeten zählen muss.⁸² Braune Zwerge werden daher auch als extrasolare Objekte planetarer Masse bezeichnet.

Unter Exoplaneten oder auch extrasolaren Planeten versteht man darauf aufbauend Planeten, die um einen anderen Stern als unsere Sonne kreisen. Ein extragalaktischer Planet ist demnach ein Exoplanet, dessen Position sich außerhalb der Milchstraße befindet. Üblicherweise werden die Planeten eines Sterns in der Reihenfolge ihrer Entdeckung durchnummeriert, angefangen beim kleinen Buchstaben „b“ hinter dem Namen des Muttersterns. Erwähnenswert ist sicherlich auch die Tatsache, dass es als „Planemo“ bezeichnete, planetenähnliche Objekte gibt, die ohne Sternenbindung durchs All wandern. Diese werden daher auch als „Waisenplaneten“ bezeichnet. Womöglich handelt es sich hierbei um ehemalige Planeten, die aus einem Sternensystem herauskatapultiert wurden, wobei bei diesen ausgeschlossen werden muss, dass es sich um Braune Zwerge handelt.⁸³ Planemos werden in dieser Arbeit, aufgrund ihrer fehlenden Sternumlaufbahn, einem grundlegenden Kriterium für Lebensfreundlichkeit, nicht weiter betrachtet.

3.1 Erste Exoplanetenentdeckungen

Die Geschichte der ersten Exoplanetenentdeckungen beginnt schon im Jahr 1855, als Captain W. S. Jacob vom East Indian Observatory in Madras Anomalien um den Doppelstern 70 Ophiuchi auf die Existenz eines extrasolaren Planeten zurückführen wollte. 1963 war es der niederländisch-amerikanische Astronom Peter van de Kamp von der Sproul-Sternwarte in Philadelphia, der meinte einen neuen Planeten aufgrund periodischer Positionsschwankungen des Roten Zwergs Barnards Pfeilstern (auch: Munich 15040) entdeckt zu haben.⁸⁴ Vielversprechend waren auch die jahrelangen Untersuchungen des Kanadiers Gordon Walker, der aufgrund einer präzisen Untersuchung der Radialgeschwindigkeiten des Lichts sonnenähnlicher Sterne Rückschlüsse auf die Existenz jupiterähnlicher Planeten ziehen wollte.⁸⁵ Walkers Spur und die von ihm angewendete Methode sollten sich später als sehr ergiebig erweisen, dazu mehr im nachfolgenden Abschnitt. Nach den Ergebnissen und methodischen Entwicklungen der bis dahin erfolglosen Planetenjäger gilt auch der Astronom Otto von Struve als Wegbereiter für die heutigen tatsächlichen Entdeckungen. Struve formulierte und popularisierte in den 1950er Jahren die Idee, jupiterähnliche Planeten aufgrund ihrer Radialgeschwindigkeits-signatur auszumachen.

Den ersten nachweislich real existierenden extrasolaren Planeten entdeckte schließlich 1992 der polnische Astronom Aleksander Wolszczan von der Pennsylvania State University durch einen Zufall. Zusammen mit Dale Frail stolperte er bei der Untersuchung des seltenen und damals schwer zu findenden Pulsar-Sterns Lich (auch: PSR 1257+12) über ein unerklärliches im Raum befindliches Objekt. Zunächst ging man von einer Doppelstern-Formation aus, doch erkannte bald, dass der Einfluss des kreisenden Objekts auf den Pulsar im Falle eines zweiten Sterns viel größer sein müsse. Nur ein Planet, der etwa erdgroß sein musste, konnte dahinter stecken.⁸⁶ Erst in den folgenden Jahren konnten in diesem System schließlich tatsächlich drei Planeten bestätigt werden: Draugr, Poltergeist und Phobetor.

Wirkliche mediale und populäre Aufmerksamkeit bekamen aber erst die sensationellen Entdeckungen der ersten Exoplaneten um Sterne, die unserer Sonne ähneln. Der erste entdeckte Planet dieser Gruppe war Pegasi 51 b (auch genannt Dimidium oder Bellerophon), der den Stern Pegasi 51, auch bezeichnet als Helvetios, im Sternbild Pegasus umkreist und fälschlicherweise häufig als der erste jemals entdeckte Exoplanet bezeichnet wird. Mithilfe einer neuen, computergestützten und dadurch extrem schnellen und präzisen Technik zur Bestimmung der Radialgeschwindigkeit entdeckten die Schweizer Forscher Michel Mayor und Didier Queloz 1995 Abweichungen im Lichtspektrum von Pegasi 51, die auf einen planetaren Begleiter hinweisen mussten. Durch verschiedene Messungen konnte ausgeschlossen werden, dass Pegasi 51 ein Pulsar ist, dessen Abweichungen ganz natürlichen Ursprungs wären. Ein Planet musste an dem Stern zerren und dadurch seine Lichtsignatur beeinflussen. Nach enormem Aufruhr in der Wissenschaftswelt und mehrfachem Nachrechnen war man sich einig: Pegasi 51 b existiert tatsächlich.⁸⁷ Weltweit berichteten Zeitungen, Radio und Fernsehen über die wissenschaftliche Sensation. Damit nicht genug: Praktisch nebenbei hat Mayor eine ganz neue Disziplin innerhalb der Astronomie begründet, die systematische Exoplanetenforschung per Untersuchung der Radialsignatur eingefangenen Lichts. Bemerkenswert ist, dass Pegasi 51 b unter sehr anderen Bedingungen um seinen Stern kreist als man sie aus dem Sonnensystem kennt: Er ist ein etwa halb-jupitergroßer Gasplanet, der jedoch sehr nah an seinem Mutterstern kreist, etwa sieben mal näher als Merkur an der Sonne. Dadurch muss seine Oberflächentemperatur ca. 1.000°C betragen. Hinzu kommt seine sehr kurze Umlaufzeit von nur 4,2 Erdtagen.⁸⁸ Durch diese Entdeckung wurden die bisherigen Vorstellungen und Überzeugungen von Planeten auf den Kopf gestellt. Aus dem Sonnensystem war man es gewohnt, dass große Gasplaneten langsam und weit von der Sonne entfernt kreisen, während die terrestrischen Planeten innen ihre Bahnen ziehen. Somit wurde Pegasi 51 b mit seinen bizarren Charakteristika der erste einer neuen Klasse von Planeten, den sogenannten „Hot-Jupiter“-Planeten. Fortan wusste man, wonach zu suchen sei. Auch mithilfe der sich rasch entwickelnden Computertechnologie konnte nach 1995 schließlich ein Hot-Jupiter nach dem anderen aufgespürt werden.

Auch die jahrelangen und wegweisenden Bemühungen des amerikanischen Astrophysikers, Astronomen und Planetenjägers Geoffrey Marcy waren endlich von Erfolg gekrönt, als er am 30. Dezember 1995, wenige Monate nach der Entdeckung Bellerophons seinem eigenen Beitrag zu dessen Bestätigung, den zweiten jemals bestätigten Exoplaneten um einen sonnenähnlichen Stern entdeckte. 70 Virginis b im Sternbild Virgo ist ein Planet der sogenannten „Eccentric Giants“-Klasse, deren Umlaufbahn extrem elliptisch um ihre Sonne verläuft und deren Oberfläche infolgedessen eine stark variierende Temperatur aufweist. Der dritte bestätigte ebenfalls jupiterähnliche Exoplanet, 47 Ursae Majoris b, wurde ebenfalls von Marcy entdeckt und wies eine damals neuartige Besonderheit auf: Sein großer Abstand zum Mutterstern, größer als der unserer Erde zur Sonne. Denn üblicherweise liegen Hot-Jupiter-Planeten viel näher an Sternen, weswegen sie leichter zu entdecken sind. Geoffrey Marcy gilt heute als Ikone in der Exoplanetensuche⁸⁹ und war maßgeblich daran beteiligt, dass bestehende wissenschaftliche Vermutungen über Planetensysteme in kürzester Zeit mehrfach auf den Kopf gestellt wurden.

Katalogisiert werden alle bestätigten Exoplaneten seit 1995 in der „(Europäischen) Enzyklopädie der extrasolaren Planeten“ durch Jean Schneider vom Observatoire de Paris.⁹⁰ In der digitalen Enzyklopädie lassen sich die Exoplaneten nach Charakteristika wie Nachweismethode, Jahr der Entdeckung, Name, Masse, Umlaufzeit, Radius usw. sortieren. Die in dieser Arbeit genannten Daten zu Exoplaneten stammen größenteils aus dieser Enzyklopädie. Aufgenommen werden alle Exoplaneten, die durch mindestens zwei verschiedene Nachweistechniken sicher bestätigt werden können.⁹¹

3.2 Techniken der Planetensuche und -identifikation

Exoplaneten zu finden ist nicht leicht, da sie viel zu lichtschwach sind und eine zu geringe Wärmestrahlung haben, um sie in der Nachbarschaft eines Sterns wahrzunehmen. Objekte im All können nur gesehen werden, wenn sie aus sich selbst heraus leuchten oder von einer anderen Lichtquelle angestrahlt werden. Das reflektierende Licht eines Planeten wird jedoch vom Licht seines Muttersterns milliardenfach überstrahlt.

Veranschaulichen kann man sich dieses Verhältnis, wenn man versucht, aus 1000 km Entfernung den Schein einer Kerze vor einem Leuchtturm zu erkennen. Ebenso schwierig ist es, die Wärmesignatur eines Planeten zu erkennen, denn auch im Infrarotbereich bleibt das Problem der massiven Überstrahlung bestehen. Auch kann man mit den heutigen Teleskopen nicht im optischen Bereich des elektro-magnetischen Lichtspektrums suchen, da diese hierfür noch nicht weit genug entwickelt sind.⁹² Um Exoplaneten zu finden und zu identifizieren benutzen Wissenschaftler daher verschiedene indirekte Methoden. Bereits erwähnt wurde, dass die Existenz von Neptun 1846 allein durch Berechnungen erfolgte⁹³, was aufwändig, aber möglich ist. Auch die Radialgeschwindigkeitsmessung zur Bestimmung der Existenz von Planeten wurde in Abschnitt 3.1 bereits erwähnt. Diese sogenannte Radialgeschwindigkeitsmethode (auch Dopplermethode oder Dopplerspektroskopie genannt) ist heute die zweitergiebigste Technik der Planetenidentifikation. Hierbei werden die Helligkeit und Eigenbewegung eines Sterns beobachtet. Verändert sich etwas, z.B. wenn der Stern schlingert, könnte das am Gravitationseinfluss eines ihn umkreisenden Planeten liegen. Diese gegenseitige Masseanziehung lässt sich mithilfe des Dopplereffekts erkennen: Wenn ein Stern sich von der Erde entfernt, verschiebt sich sein beobachtbares Lichtspektrum ins Rötliche, wenn er sich nähert ins Bläuliche. Doch ist die Gravitationswirkung eines Planeten im Verhältnis zu seinem riesigen Mutterstern sehr gering, weswegen Exoplaneten häufig fälschlicherweise bestimmt werden oder noch durch eine andere Methode bestätigt werden müssen.⁹⁴ Schwierig hierbei ist außerdem das Relativieren und Herausrechnen der Eigengeschwindigkeit der Erde (fast 30 km/s), da es sich bei den Bewegungsvariationen eines beobachteten Sterns meist um geringe Veränderungen im 10-m/s-Bereich handelt. Somit lassen sich mit der Radialgeschwindigkeits-methode am ehesten große, jupiterähnliche Planeten finden, die nah um ihren Stern kreisen.⁹⁵ Bei erdähnlichen Planeten, die meist weiter weg liegen und kleiner sind, ist es schwieriger, da deren Einfluss eher um die 0,1 m/s beträgt und damit in einem Bereich liegt, in dem die natürlich vorkommenden Schwankungen in der Bewegung eines Sterns selbst schon größer und auch häufiger sind.⁹⁶ Erschwerend kommt bei der Radialgeschwindigkeitsmethode hinzu, dass man die genaue Masse des Sterns kennen muss und sich die Messdaten hierzu häufig unterscheiden. Auch ist es leider nicht möglich mit der Radialgeschwindigkeitsmessung den Radius eines Planeten zu bestimmen.

Bis ca. 2010 wurden die mit Abstand meisten Exoplaneten mit der Radialgeschwindigkeitsmethode entdeckt. Anschließend erwies sich eine andere Methode als noch erfolgreicher: die sogenannte Transitmethode. Etwa 80 % aller bis heute entdeckten Exoplaneten wurden aufgrund ihres Transits, vorbei am Mutterstern, entdeckt. Der Methode liegt eine pragmatische Idee zu Grunde. Zieht ein Planet an seinem Stern vorbei, befindet sich also zwischen Betrachter und Stern, verdunkelt er dabei das Lichtspektrum des Sterns, je nach Größe unterschiedlich intensiv. Diese Bewegung nennt man Transit und ist in unserem Sonnensystem häufig bei Merkur (Abb. 4) und seltener bei Venus erkennbar. Je größer ein Exoplanet ist, desto einfacher ist er per Transit zu finden. Leichter zu finden sind natürlich auch Planeten, deren Transits häufiger stattfinden, die also nah und schnell um ihren Stern kreisen. Dies ist ein Grund dafür, dass es so schwer ist, erdähnliche Planeten zu finden, da diese in der Regel klein sind und ihr Orbit sich in einem gewissen, weiten Abstand zum Stern befindet, wodurch die Änderung der Helligkeit sehr gering ist und seltener stattfindet. Auch muss, wie bei der Radialgeschwindigkeitsmethode, eine natürliche Schwankung des Sternenlichts ausgeschlossen werden können. Also beobachtet man viele Sterne gleichzeitig, um möglichst viele Treffer zu erzielen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Mehrere Ablichtungen der Sonne im Bereich des sichtbaren Lichts machen zusammengesetzt diesen siebeneinhalb stündigen Transit des Merkur am 9. Mai 2016 deutlich erkennbar. Eine Passage des Merkur direkt zwischen Erde und Sonne geschieht etwa 13 Mal in einem Jahrhundert. (Quelle: NASA, Solar Dynamics Observatory)

Ebenso ist ein gewisses Maß an Glück nötig, denn ein Exoplanet kann via Transit nur dann entdeckt werden, wenn er aus der Perspektive des Beobachters zwischen Teleskop und seinem Stern liegt, seine Planetenbahn also im besten Fall ganz oder wenigstens nahezu senkrecht zur Himmelsebene liegt.⁹⁷

Ist ein Exoplanet einmal entdeckt, ist es möglich mit Johannes Keplers dritter Planetenbewegungsgleichung⁹⁸ und der Newtonschen Gravitationskonstante anhand der Umlaufperiode des Planeten und der Masse des Sterns die Größe seiner Umlaufbahn zu berechnen, wobei gilt: Je näher sich ein Planet an seinem Mutterstern befindet, desto kürzer ist seine Umlaufzeit. Nun lässt sich auch die Größe des Planeten aus der Helligkeitsschwankung ableiten. Sogar dessen Oberflächen-temperatur lässt sich aus der Temperatur des Muttersterns schätzen, was ein wichtiger Wert zum Ausschluss oder zur Möglichkeit der Lebensfreundlichkeit des Exoplaneten ist. Durch das empfangene Lichtspektrum lassen sich ebenfalls vereinzelte Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung einer möglichen Atmosphäre des Planeten ziehen.

So erhält man allein aus dem Lichtschein ein recht umfangreiches Bild eines Planeten. Besonders Weltraum-Teleskope wie CoRoT oder Kepler nutzen die Transitmethode. Erstmalig gelang die Identifikation eines bis dahin noch unbekannten Exoplaneten durch Transit im Jahr 2003 (OGLE-TR-56 b). Es ist theoretisch auch möglich, Exomonde per Transitmethode aufzuspüren, doch bisher reicht die Auflösung der Teleskope nicht dafür aus.⁹⁹

Es werden noch zahlreiche weitere Methoden zur Exoplanetensuche angewendet, die jedoch bei weitem nicht so ergiebig wie die Radialgeschwindigkeits- oder Transitmethode sind. Eine erwähnens-werte Methode zur Planetenentdeckung nutzt den Mikrolinseneffekt nach Einsteins Relativitätstheorie: Durch eine natürliche Linse erscheint ein entferntes Objekt dem Betrachter größer. Die Wirkung einer solchen Linse kann im Raum durch ein massereiches Objekt entstehen, das das Licht eines anderen, weiter entfernten Objekts beugt. Daher spricht man im Raum auch vom Gravitationslinseneffekt. Allerdings steckt diese Methode noch in ihren Anfängen und birgt eine hohe Fehlertoleranz. Dennoch ist sie vielversprechend, da anhand dieser Methode auch sehr weit entfernte Planeten ausgemacht werden könnten. Die meisten Methoden bieten am ehesten die Möglichkeit dem Sonnensystem nahe Planeten zu bestimmen. Die Gravitationslinsenmethode kann Exoplaneten auch in über 1000 Lichtjahren Entfernung finden, vielleicht sogar außerhalb der Milchstraße, z. B. in der benachbarten Andromeda Galaxie. Erwähnt werden kann an dieser Stelle auch die Methode der kombinierten stellaren Interferometrie¹⁰⁰, die aufgrund ihrer erzielten sehr niedrigen Winkelauflösung in Zukunft vielleicht besonders beim Aufspüren erdähnlicher Planeten nützlich werden könnte und die Astrometrie, die Langzeitmessungen von Sternbewegungen, als Grundlage verwendet.¹⁰¹ Eine Nachweismethode allein bringt in jedem Fall nicht genug Aufschluss über die Eigenschaften eines Exoplaneten. Das Wesen eines Exoplaneten wird am besten erkennbar, wenn man die Erkenntnisse mehrerer Methoden kombiniert. Selbst von Planeten, die wir noch nicht direkt gesehen haben, haben wir heute vereinzelt schon ein tieferes Verständnis ihrer Struktur und Atmosphäre.¹⁰²

3.3 Teleskope für die Exoplanetenforschung

Das entscheidendste Mittel zur Suche nach (insbesondere erdähnlichen) Exoplaneten sind „Weltraumobservatorien“, Hochleistungsteleskope im erdnahen Raum, meist im Orbit. Da diese im Gegensatz zu bodenbasierten Teleskopen keine Nachteile durch Tag-Nacht-Wechsel, saisonale Bedingungen oder in erster Linie atmosphärische Störungen erfahren, sind sie das Mittel der Wahl bei der Exoplanetensuche. Jeder kennt das Flimmern der Sterne am Nachthimmel, welches entsteht, weil die Erdatmosphäre das einfallende Licht von Sternen streut. Zwar kann dem mit Hilfe adaptiver Optik¹⁰³ entgegen gewirkt werden, dennoch reicht das meist nicht, um Planeten um Sterne auszumachen. Ebenso gelangt nicht die ganze Breite des Lichts durch die Erdatmosphäre, da bestimmte Wellenlängen absorbiert oder blockiert werden (z.B. Röntgen- oder Gammastrahlen), was im Übrigen für das Überleben auf der Erde unabdingbar ist.

Die Idee, ein Teleskop mit einer Rakete in einen stationären Erdorbit zu befördern, wurde im Jahr 1923 erstmals vom deutschen Physiker und Raketentechnik-Pionier Hermann Oberth (1884-1989) formuliert. 1946 war es der Astronom und Astrophysiker Lyman Spitzer (1914-1997), der sich öffentlichkeitswirksam für die Verwendung von Weltraumteleskopen, wie sie heute benutzt werden, einsetzte.¹⁰⁴ Bis heute waren und sind mehr als 40 Weltraumteleskope im Einsatz, die verschiedene Frequenzbereiche des Lichts abdecken und in unterschiedlicher Entfernung um die Erde kreisen, teils auch in Erdnähe um die Sonne. Das erste Weltraumobservatorium war OAO-2 (Orbiting Astronomical Observatory), mit dem Spitznamen „Stargazer“. Es wurde Ende 1968 gestartet und war zwei Jahre im Einsatz. Aber auch bodenbasierte Teleskope leisten einen wichtigen Beitrag zur Exoplanetenforschung. Bevor diese am Ende dieses Abschnitts Erläuterung finden, werden zunächst die wichtigsten orbitalen Teleskope beschrieben, die die größten Beiträge zur Exoplanetensuche und -erforschung leisten und geleistet haben.

3.3.1 Hubble

Zu den wohl bekanntesten und auch wichtigsten orbitalen Observatorien gehört das Hubble-Weltraumteleskop. Hubble ist den Menschen heute weltweit ein Begriff. Es steht stellvertretend für die gesamte Arbeit mit Weltraumobservatorien. Nicht zuletzt wegen der bahnbrechenden und hochauflösenden Bilder, die es von Anfang an geliefert hat (vgl. Abb. 5 und 6) gilt es als Flaggschiff dieser Apparate.

Im Jahre 1990 startete das gemeinsam von NASA und ESA betriebene Weltraumteleskop in den Orbit und vergrößerte das menschliche Sichtfeld ins All mit einem Schlag erheblich. Hubble stellt einen wichtigen technischen Meilenstein für die Astronomie und damit unser Verständnis vom Universum dar. Es ist mit mehr als 25 Jahren Betriebszeit außerdem das am längsten im Einsatz befindliche Weltraumteleskop der Geschichte. Bis heute stellt Hubble noch immer Rekorde auf. Erst Anfang März 2016 gab die NASA offiziell bekannt, dass mit Hubble in rund 13,4 Milliarden Lichtjahren Entfernung die bislang älteste bekannte Galaxie entdeckt werden konnte. Die Galaxie GN-z11 ist nur 400 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden, zu einer Zeit, in der das Universum noch sehr jung war.¹⁰⁵

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Die Größe des Himmelsausschnitts des XDF im Vergleich mit der Größe des Mondes. Diese Illustration zeigt nicht die wahre Position des XDF. Der Mond ist lediglich über den Ausschnitt gelegt. (Quelle: NASA/ESA)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6: Das XDF, das „eXtreme Deep Field“ ist die bislang tiefste Ablichtung des Universums. Das Bild setzt sich aus Fotos zusammen, die über zehn Jahre mit dem Hubble-Teleskop aufgenommen wurden. Etwa 5500 Galaxien sind in dem winzigen Himmelsauschnitt erkennbar. Die lichtschwächsten Galaxien des XDF haben etwa ein Zehnmilliardstel der Helligkeit, die das Auge allein wahrnehmen kann. (Quelle: NASA/ESA)

Hubble ist in der Lage Licht in drei verschiedenen Bereichen zu sehen: im nahen UV-Bereich, im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums und im nahen Infrarotbereich. Mit einem speziell für UV-Licht ausgelegten Spektrografen kann es eingefangenes Licht als „Wellenlängen-Fingerabdruck“¹⁰⁶ darstellen, woraus Informationen über Temperatur, chemische Zusammensetzung, Dichte und Bewegung der Lichtquelle abgeleitet werden. Ein anderer Spektrograf an Bord ist für die Suche nach Schwarzen Löchern geeignet. Hubble verfügt außerdem über extrem hochauflösende und vielseitige Kameras.¹⁰⁷ Die Bilder, die Hubble damit bislang geliefert hat sind außergewöhnlich tief, haben eine große mediale Verwertbarkeit und finden heute in Form von Büchern, Kalendern, Postern, Wallpapers usw. ihren festen Platz in der astroaffinen Populärkultur.¹⁰⁸

Für die Exoplanetenforschung ist Hubble zwar nicht in erster Linie entwickelt worden, es hat aber dennoch einen enorm großen und wichtigen Beitrag dazu geleistet. Die beeindruckendste Entdeckung Hubbles in diesem Feld ist wohl der frühe Nachweis von Sauerstoff und Kohlendioxid in der Atmosphäre des Exoplaneten HD 209458 b, Spitzname Osiris in 150 Lichtjahren Entfernung. Bei einer Suchkampagne, die 180.000 Sterne auf Transits untersuchte, konnte Hubble 16 Planetenkandidaten bestimmen, unter denen fünf Planeten einer bis dahin unbekannten Kategorie auftauchten, sogenannte Ultra-Short-Period-Planets (USPPs), die weniger als einen Tag für eine Umlaufbahn um ihren Stern benötigen. Hubble gelang es auch, den in 25 Lichtjahren Entfernung befindlichen Planeten Formalhaut b abzulichten. Damit lieferte das Teleskop das erste optische Bild eines extrasolaren Planeten überhaupt.¹⁰⁹ Hubble konnte das Licht des Sterns so effektiv herausfiltern, dass der Planet als Lichtfleck optisch sichtbar wurde. Formalhaut b (auch: Dagon) ist ein Gasriese, dreimal so massereich wie Jupiter. Das Aufspüren Dagons war ein Glückstreffer, denn der Planet benötigt für eine Sternumrundung 870 Jahre.¹¹⁰

3.3.2 Spitzer

Einen entscheidenden Beitrag zur Exoplanetenforschung hat auch das Spitzer-Weltraumteleskop geleistet. Benannt ist es nach dem bereits erwähnten Astrophysiker Lyman Spitzer.¹¹¹ Sein Hauptspiegel hat einen Durchmesser von 0,85 m und erlaubt Infrarotmessungen in einem Wellenlängenbereich zwischen 3 und 180 µm. Verschiedene an Bord befindliche Instrumente, unter anderem ein Spektrograf, zerlegen das einfallende Licht in seine Bestandteile und übertragen hierdurch Informationen über die Struktur der Lichtquelle an die Erde. 2003 wurde Spitzer gestartet. Es war zu dieser Zeit das größte bisher ins All geschickte Infrarotteleskop. Ursprünglich sollte Spitzer nur 2,5 Jahre im Dienst sein, doch waren die Ergebnisse so erfolgreich, dass die Mission verlängert wurde, bis das zur Kühlung verwendete flüssige Helium im Mai 2009 vollständig aufgebraucht war. Das Kühlmittel war nötig, um Spitzers Instrumente auf einer Betriebstemperatur von 2,15 Kelvin (-271 °C) zu halten. Diese niedrige Temperatur nahe des absoluten Nullpunkts (0 K/-273,15 °C) verhindert Verfälschungen der empfangenen Daten durch die Eigenwärme des Teleskops. Spitzer wurde jedoch nicht abgeschaltet, sondern arbeitet seither bei einer erhöhten Temperatur von 31,15 K (-242 °C) weiter, wodurch jedoch nicht mehr alle Funktionen verfügbar sind. Zwei Beobachtungskanäle des Teleskops arbeiten noch. Beobachtungen im kurzwelligen und nahen Lichtbereich sind weiterhin möglich. Die Umlaufbahn von Spitzer weist eine Besonderheit auf: Jedes Jahr entfernt sich das Teleskop um 0,1 AU von der Erde.¹¹²

Der große Beitrag Spitzers zur Erforschung extrasolarer Planeten besteht darin, dass es bestehende Erkenntnisse über die Zusammensetzung von Planeten mehrfach erneuert und verfeinert hat. Vor Spitzers Beobachtungen ging man beispielsweise davon aus, dass Wasserstoff, Kohlenstoff, Sauerstoff und Methan bei Temperaturen über 1000 K auf natürliche Weise vorkommen müssten. Auf der neptungroßen Welt GJ 436 b, die diese Bedingung erfüllt, fand Spitzer jedoch einen deutlichen Mangel an Methan. Ein Team um den Astronomie-Professor Drake Deming von der Universität Maryland konnte mit Spitzer 2005 außerdem erstmals die Oberflächen-temperatur eines Planeten messen. Auf HD 209458 b aka Osiris¹¹³ herrschen ca. 850 °C. Auch interessante Ergebnisse zur Hitzeverteilung auf Planeten und eine erste Kartografierung der Oberflächentemperatur eines Exoplaneten, des Hot-Jupiters HD 189733 b in 63 Lichtjahren Entfernung, ebenso wie die außergewöhnliche Entdeckung von Wasserdampf auf dieser Welt¹¹⁴, sind Spitzer zu verdanken. Auch grundlegende Erkenntnisse über die Möglichkeit der Entstehung von Leben auf extrasolaren Planeten gehen auf Spitzers Beobachtungen zurück. Forscher untersuchten mit dem Teleskop die Umgebungen unterschiedlicher Sterntypen¹¹⁵ auf präbiotische Chemikalien, jene Verbindungen, die zur Entstehung von Leben auf irdischer DNA-Grundlage wichtig sind. Diese wurden zwar bei sonnenähnlichen Sternen gefunden, nicht aber um kühlere Zwergsterne, was eventuell ein Anzeichen dafür ist, dass Leben auf einem Planeten, der um einen solchen kühleren Stern kreist, anders aufgebaut sein müsste, als wir es von der Erde gewohnt sind.

3.3.3 CoRoT

CoRoT war eine europäische Raumfahrtmission unter französischer Führung, die maßgeblich zur Erforschung von Exoplaneten beigetragen hat. Der Name CoRoT steht für „COnvection, ROtation et Transits planétaires“ (deutsch: „Konvektion, Rotation und Transits von (Exo)-Planeten“).¹¹⁶ Das CoRoT-Weltraumteleskop startete im Dezember 2006 in eine polare Erdumlaufbahn, arbeitete seit Februar 2007 in über 826 km Höhe¹¹⁷ und hat bereits im darauffolgenden Frühling den ersten Exoplaneten entdeckt, einen Hot-Jupiter in etwa 1500 Lichtjahren Entfernung mit zwanzigfacher Erdmasse, der in einer für diese Klasse typischen, hohen Geschwindigkeit in 1,5 Tagen um seinen Stern rast. Nach dem Buchstabensystem für Exoplanetenbezeichnungen bekam er den Namen CoRoT 1 b.¹¹⁸

An Bord des Teleskops befindet sich ein CCD-Teleskop mit sechs Linsen und zwei Spiegeln, davon ein 27-cm-Spiegel, mit dem auch geringe Veränderungen im Lichtspektrum eines Sterns erkannt werden können. CoRoT ist 4,20 m lang und hat einen Durchmesser von 2 m. Es zeichnet sich durch hohe Präzision aus¹¹⁹ und verfolgt zwei wesentliche Ziele: Die Sternenphotometrie und die Exoplanetensuche. Anhand der Beobachtung des Lichtkurvenverlaufs heller Sterne können mit CoRoT Fragen der Astroseismologie und des Sternenaufbaus beantwortet werden. In einer Exoplanetensuchkampagne überwachte es 12.000 Sterne gleichzeitig, jeweils 150 Tage lang, abwechselnd in den Sternbildern Einhorn, Adler, Schild und Schlange, und beobachtete dabei periodische Schwankungen im sichtbaren Bereich des Lichts, was, wie bereits beschrieben, ein erster Hinweis auf die Anwesenheit eines Exoplaneten ist.¹²⁰ Aus den Veränderungen im Lichtspektrum leitet das Teleskop auch Informationen über die physikalischen Eigenschaften entdeckter Planeten ab. Die tatsächliche Existenz eines Exoplaneten bestätigt CoRoT streng erst dann, wenn er auch per Radialgeschwindigkeitsmessung deutlich nachgewiesen wurde. Auch kleine erdähnliche Planeten von gerade einmal doppelter Erdmasse können durch CoRoT erkannt werden.

Die in der Einleitung zu Kapitel 3 beschriebene Entdeckung, dass es manchmal schwer ist, zwischen einem Planeten und Braunen Zwergstern zu unterscheiden, geht auf CoRoTs Beobachtungen zurück. CoRoT 3 b ist etwa so groß wie Jupiter, aber 21,6 mal schwerer. Jupiterähnliche Planeten sind in der Regel maximal bis zu 12 mal schwerer als Jupiter. Braune Zwerge und andere kleine Sterne normalerweise aber ca. 70 mal schwerer. Bis zur Entdeckung von CoRoT 3 b kannte man nichts dazwischen. Ist CoRoT 3 b also ein Brauner Zwerg oder ein Planet?¹²¹

Aufgrund eines Computerdefekts im November 2012 musste die CoRoT-Mission aufgegeben werden. Geplant war eine Durchführung bis März 2013. 2014 wurde CoRoT endgültig abgeschaltet.

3.3.4 Kepler

Ähnlich populäre Aufmerksamkeit wie Hubble genießt das Kepler-Weltraumteleskop, das sich als extrem bedeutend für die Exoplanetenforschung erwiesen hat. Die mit Abstand meisten Planetenentdeckungen gehen auf Kepler zurück. Allein im Frühjahr 2016 wurden 1284 neue, durch Kepler identifizierte Exoplaneten durch die NASA bekannt gegeben.¹²²

Im März 2009 startete das nach dem bedeutenden Astronomen Johannes Kepler benannte NASA-Weltraumteleskop – genau 400 Jahre nach der Veröffentlichung zweier der drei Kepler'schen Bahngesetze von 1609.¹²³ Bis 2013 hat Kepler in erster Linie mit der Transitmethode Exoplaneten aufgespürt. Als es dann einen Defekt gab, wurde die Mission von der NASA als für beendet erklärt. Bis heute ist Kepler allerdings als erweiterte Mission beschränkt im Einsatz. Die ursprüngliche Kepler-Mission war Teil des 1992 gegründeten Discovery-Programms der NASA, dem auch der Mars-Lander Pathfinder und die Raumsonde Dawn angehören und mit dem „kleinere, schnellere, günstigere und bessere“¹²⁴ Planetenmissionen umgesetzt werden sollten. Kepler sollte im Zuge dieses Programms die erste Mission sein, die nach den zahlreichen Funden jupitergroßer Exoplaneten speziell darauf fokussiert ist, kleinere, erdgroße Exoplaneten auszumachen. Das Kepler-Observatorium umkreist der Erde folgend die Sonne, befindet sich also nicht in einem Erdorbit. Dies dient dazu, die Beobachtungen des Teleskops vor den Einflüssen der Erde zu schützen. Keplers Blick ist permanent und dauerhaft vom störenden Schein unserer Sonne abgewendet (Abb. 7), und richtet sich auf die sternenreiche Cygnus-Lyra-Region innerhalb der Milchstraße, wo bislang weit über 100.000 Sterne auf Hinweise von Planeten untersucht werden konnten.

Kepler arbeitet mit einem 1,4 m großen Hauptspiegel im sichtbaren und im Infrarotbereich des Lichts und kann mit seiner 95-Megapixel-Kamera ein außergewöhnlich großes Sichtfeld ablichten, wobei es nicht nur einzelne Lichtbereiche aufzeichnen kann, sondern das ganze Spektrum. Mit seinen hochpräzisen Instrumenten ist es in der Lage, unter bestimmten Bedingungen sogar einen winzigen Planeten von der Größe des Merkur zu entdecken. Keplers Untersuchungen dienen auch dazu stellare Charakteristika von Wirtssternen¹²⁵ auszumachen. Auch bilden Keplers Ergebnisse die Grundlage für zukünftige Missionen, die potentiell habitable Exoplaneten weiter untersuchen werden und dazu auch von Kepler gesammelte Daten über Sternaktivitäten nutzen sollen.¹²⁶

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 7: Darstellung des Orbits des Kepler-Teleskops. Zu sehen sind u.a. die jeweils zum Wechsel der Jahreszeiten stattfindenden „Rolls“ des Observatoriums zu den Sonnenwenden („Solstices“) und Tagundnachtgleichen („Equinoxes“), um dauerhaft von der Sonne abgeschirmt operieren zu können. (Quelle: Nasa)

Wie auch CoRoT trägt Kepler mit zum Verständnis der Astroseismologie bei. Besonders untersuchen Forscher mit von Kepler erstellten Infrarotsignaturen des elektromagnetischen Lichtspektrums Exoplaneten in der lebensfreundlichen Zone eines Sterns, dem Bereich in einem bestimmten Abstand zum Stern, in dem Wasser aufgrund der milden Temperaturen flüssig wäre.¹²⁷ Atmosphärische Gase wie Kohlendioxid oder Methan sind durch das Aufzeichnen von Infrarotsignaturen nachweisbar und können ein Hinweis auf lebensfreundliche Bedingungen sein. Auch Wasserdampf ist im Infrarotspektrum Keplers und anderer Weltraumteleskope nachweisbar, da diese nicht von der Erdatmosphäre gestört werden.¹²⁸

Die Liste der von Kepler entdeckten Planeten ist endlos. In der „Enzyklopädie extrasolarer Planeten“ finden sich allein 2290 bestätigte extrasolare Planeten, die den Namen Kepler am Beginn ihrer Bezeichnung tragen.¹²⁹ Damit Kepler einen Exoplaneten zweifelsfrei bestätigen kann, müssen mindestens drei Transits beobachtet worden sein, was bei einer Planetenumlaufbahn von beispielsweise mehreren hundert Jahren jedoch schwierig ist.¹³⁰

Nicht zuletzt ist die SETI-Gemeinde sehr an den Ergebnissen der Kepler-Mission interessiert. Schließlich dient das Entdecken von erdähnlichen Planeten und der Nachweis organischer Stoffe in Atmosphären auch einem übergeordneten Ziel, dem möglichen zukünftigen Nachweis von exobiologischem Leben.¹³¹

3.3.5 GAIA

Seit Dezember 2013 befindet sich der von ESA betriebene Satellit GAIA im Erdorbit auf der Lissajous-Bahn um den zweiten Lagrange-Punkt¹³², 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt. Dort soll er bis 2019 arbeiten.¹³³ Die Abkürzung steht für „Globales Astrometrisches Interferometer für die Astrophysik“. GAIA ist mit zwei synchronisierten, dreispiegeligen Teleskopen ausgestattet und führt die bislang größte im All befindliche Digitalkamera mit sich.¹³⁴ Die Hauptaufgabe GAIAs ist es, mit hochpräzisen Radialgeschwindigkeits-messungen eine dreidimensionale Karte der Milchstraße zu erstellen. Etwa 1% der gesamten Sterne unserer Galaxie (also über eine Milliarde Sterne) sollen mit einem an Bord befindlichen Multifarben-Fotometer analysiert werden. Jeder der Zielsterne soll dabei über 70 Mal auf Position, Distanz, Bewegung und Helligkeitsveränderung untersucht werden, um möglichst präzise Aussagen über seine Charakteristika treffen zu können. Ebenso sollen Objekte wie Asteroiden, eisige Körper und eben auch Exoplaneten in Blickrichtung entdeckt werden. GAIA liefert unzählige Daten, deren Auswertung Jahre in Anspruch nehmen wird.¹³⁵ Am 14. September 2016 hat die ESA den ersten von GAIA erbrachten Datensatz veröffentlicht.¹³⁶

3.3.6 Bodenbasierte Teleskope

Weltraumteleskope haben deutliche Vorteile gegenüber Erdobservatorien. Sie werden weder durch saisonale Bedingungen, Wetter und Wolken, Tag- und Nachtwechsel, den Schein des Sonnenlichts noch durch Störungen der Erdatmosphäre beeinträchtigt. Doch ebenso wichtige Beiträge zur Exoplanetenforschung und nicht zuletzt deren erste wichtige Erkenntnisse wurden vom Erdboden aus erbracht. Entfernt von Städten, Smog, künstlichem Licht und aufsteigender Warmluft, hoch auf Bergen gebaut, liefern erdgebundene Teleskope umfangreiche und wertvolle Informationen.

So zum Beispiel das William Keck Observatory auf dem Mauna Kea auf Hawaii, das in einer Höhe von 4,145 m erbaut wurde. Das Keck-Observatorium mit seinen zwei jeweils 270 Tonnen schweren 10-Meter-Teleskopen gehört zu den größten Observatorien der Welt. „Keck I“ arbeitet seit 1993, „Keck II“ seit 1996, dem Jahr, in dem auch die NASA Teil des Projekts wurde. Von hier aus wird im optischen und nahen Infrarotbereich gemessen. Das Observatorium verfügt über adaptive Optik und ein Sensor misst zusätzlich die atmosphärisch bedingte Krümmung des einfallenden Lichts, welche die formbaren Spiegel mit bis zu 2.000 Anpassungen pro Sekunde anhand der erhaltenen Daten wieder ausgleichen.¹³⁷ Beide Keck-Teleskope können auch synchron arbeiten und so ein 85-Meter-Teleskop imitieren. Die Teleskope sind ebenfalls in der Lage das überstrahlende Licht eines Sterns teilweise auszublenden, was hilfreich ist um die Umgebung eines Sterns klarer zu erkennen.¹³⁸ Das Observatorium kann per Interferometrie¹³⁹, einer Methode zur Steigerung der Auflösung, auch weit entfernte Objekte untersuchen. Mit den „Kecks“ wurden bereits zahlreiche Exoplaneten entdeckt oder bestätigt. Unter anderem konnte Geoffrey Marcy vom Keck-Observatorium aus auch den ersten gefundenen Exoplaneten, Pegasi 51 b, bestätigen.¹⁴⁰

Ebenso wertvoll für die Exoplanetenforschung ist die von 14 Ländern unterstützte europäische Südsternwarte ESO („European Southern Observatory“), deren Hauptquartier bei München liegt. Zum ESO gehört unter anderem das auf 2635 m Höhe in der chilenischen Atacama-Wüste – einer der trockensten Regionen der Erde – gelegene VLT, das „Very Large Telescope“. Das VLT verfügt über vier stationäre 8,2-Meter-Verbund-Spiegelteleskope, die ihm zu einer außerordentlichen Leistungsfähigkeit verhelfen. Das VLT gilt daher als ESO-Flaggschiff. Es ist seit 1999 im Einsatz. Neben neuen schwarzen Löchern, noch unbekannten Galaxien und Gammastrahlenblitzen konnten mit dem VLT auch neue Exoplaneten entdeckt und bestätigt werden. Das Teleskop ist in der Lage, direkte Spektralsignaturen von Exoplaneten zu erstellen, wie es erstmalig 2010 bei drei massereichen Riesenplaneten um den Stern HR 8799 im Bild Pegasus in rund 1300 Lichtjahren Entfernung zur Erde unter Beweis gestellt werden konnte. Nach einer fünfstündigen Belichtungszeit konnten die ESO-Astronomen zum ersten Mal überhaupt ein einzelnes Planeten-Spektrum aus dem Licht des mehrere tausend mal helleren Sterns herausfiltern.¹⁴¹ Bis zu diesem Zeitpunkt gelang die Bestimmung exoplanetarer Spektren nur mit Weltraumteleskopen und nur indirekt.¹⁴² Auch wurde mit dem VTL erstmals ein Exoplanet abgelichtet.¹⁴³ Ein anderes für Exoplanetenforschung wichtiges ESO-Observatorium ist das La-Silla-Observatorium in 2400 Meter Höhe in der Nähe von Santiago de Chile. Dort befindet sich HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher), ein hochpräziser Spektrograf der von Michel Mayor¹⁴⁴ mitentwickelt wurde. Mit Hilfe von HARPS wurden zahlreiche Planeten entdeckt, unter anderem Gliese 581 d¹⁴⁵, die erste „Super-Erde“ in der „habitablen Zone“, jenem Abstand zum Stern mit lebensfreundlichen Temperaturen.¹⁴⁶

Erwähnung finden sollte auch das spektrografische Instrument NESSI, das „New Mexico Exoplanet Spectroscopic Survey Instrument“, zu dessen erklärten wissenschaftlichen Zielen unter anderem die gezielte Untersuchung von 100 gefundenen Exoplaneten ist. Per sogenannter „Transit-Spektroskopie“ sollen die chemischen Zusammensetzungen der Atmosphären der Planeten bestimmt werden. NESSI ist das erste Instrument, das speziell für die Exoplanetenforschung in Betrieb genommen wurde. Seit 2014 unterstützt es das 2,4-Meter-Teleskop des Magdalena Ridge Observatory in New Mexico.¹⁴⁷

[...]

---

¹ Zaun, S. 10

² Quelle: https://www.nasa.gov/feature/ames/kepler/briefingmaterials160510 – abgerufen zuletzt am 20.12.2016

³ Quelle: exoplanet.eu/catalog (Stand 20.12.2016) – abgerufen zuletzt am 20.12.2016

⁴ Wabbel, S.9

⁵ Quelle: https://www.nasa.gov/feature/goddard/2016/hubble-reveals-observable-universe-contains-10-times-more-galaxies-than-previously-thought – abgerufen zuletzt am 20.12.2016

⁶ Piper, S. 137

⁷ Piper, S. 1

⁸ Piper, S. 7f

⁹ Ward/Brownlee, S. 321

¹⁰ Piper, S. 121

¹¹ Scholz, S. 331

¹² Ward/Brownlee, S. 321

¹³ Piper, S. 33; Heuser (2008), S. 58

¹⁴ Guthke, S. 47

¹⁵ Ward/Brownlee, S. 322

¹⁶ Guthke, S. 47

¹⁷ Hamel, S. 181f

¹⁸ Hamel, S.182f

¹⁹ Heuser (2008), S. 65 und S. 70f

²⁰ Piper, S. 24

²¹ Hamel, S. 217

²² Piper, S. 24

²³ Hamel, S. 216

²⁴ Guthke, S. 93

²⁵ Vgl. Kapitel 3, Abschnitt 3.1

²⁶ Piper, S. 29f

²⁷ Zaun, S. 17; Heuser (2008), S. 72

²⁸ Guthke, S. 94

²⁹ Michaud, S. 15

³⁰ Heuser (2008), S. 55f

³¹ Guthke, S. 202

³² Scholz, S. 331

³³ Ward/Brownlee, S. 323

³⁴ Hamel, S. 251

³⁵ Piper, S. 35; Mehr dazu in Kap. 3, Abschn. 3.2

³⁶ Röhrlich, S. 152; Der ganze „Canali“-Diskurs und seine Entstehung ist ausführlich erläutert in: Baumann, S. 73 ff

³⁷ Ward/Brownlee, S. 323

³⁸ Dopplereffekt, vgl. Kap. 3, Abschn. 3.2

³⁹ Piper, S. 79 f

⁴⁰ Heuser (2008), S. 55

⁴¹ Ward/Brownlee, S. 324ff

⁴² Vgl. Kap. 7, Abschn. 7.7.2

⁴³ Eine Abkürzung für englisch „Search for ExtraTerrestrial Intelligence“

⁴⁴ Zaun, S. 23

⁴⁵ Piper, S. 198; Detailliert nachzulesen in: Zaun, S. 28-30

⁴⁶ Zaun, S. 22

⁴⁷ Vgl. Abschn. 2.1

⁴⁸ Zaun, S. 32

⁴⁹ Zaun, S. 35f

⁵⁰ Zaun, S. 37ff

⁵¹ Erst 1977 im Rahmen einer Reihe von Workshops zum Thema „interstellare Kommunikation“, bei der Morrison Vorsitzender war, wurde der Begriff SETI geprägt. (Michaud, S. 38)

⁵² Zaun, S. 9

⁵³ Benannt nach einer Prinzessin aus der Welt von „Der Zauberer von Oz“, die zahlreiche Figuren der Außenwelt eingeladen hat, mit ihr im Land „Oz“ zu leben.

⁵⁴ Piper, S. 200

⁵⁵ GRBs, dt. Gammablitze. Sie können durch das Kollabieren massiver Sterne oder den Zusammenschluss von Neutronensternen ausgelöst werden, gehören zu den stärksten Energiequellen im Universum und können im gesamten Universum beobachtet werden. Alle paar hundert Jahre kann ein solches Ereignis von der Erde aus betrachtet werden. (Michaud, S. 45)

⁵⁶ Piper, S. 201-202

⁵⁷ Zaun, S. 64

⁵⁸ Piper, S. 214

⁵⁹ Röhrlich, S. 150

⁶⁰ Röhrlich, S. 150f

⁶¹ Carl Sagan über die Green-Bank-Konferrenz: „Es war wunderbar. All diese guten Wissenschaftler verdeutlichten, dass es keineswegs Unsinn war, sich über das Thema Gedanken zu machen. […] die Tatsache, dass sie kamen, belegte, dass sie das Ganze nicht für ausgemachten Humbug hielten. […] Es war wie eine 180-Grad-Wende von diesem dunklen und peinlichen Geheimnis.“ (Zaun, S. 96)

⁶² Piper, S. 201

⁶³ Michaud, S. 39

⁶⁴ Zaun, S. 96

⁶⁵ Der russische Radio-Ingenieur, Astronom und Seti-Forscher Aleksandr Leonidovich Zaitsev unterscheidet dies beides folgendermaßen: „Im Gegensatz zu ,Active Setiʻ verfolgt Meti nicht eine lokale, sondern eine mehr globale Ansicht – nämlich das große Schweigen im Universum zu überwinden und den außerirdischen Nachbarn die lange erwartete Botschaft zu verkünden: Ihr seid nicht allein!“ Nach Zaitsev beinhaltet METI das Entsenden von Nachrichten an erdnahe Sternsysteme, wohingegen Active SETI sich auch an weit entfernte Sternensysteme richtet. (Zaun, S. 245)

⁶⁶ Dorschner, S. 126

⁶⁷ Im Rahmen der ausgelassenen Wiederbelebungsfeier wurde die Nachricht erdacht und schließlich gesendet. (Zaun, S. 44-51)

⁶⁸ Piper, S. 202

⁶⁹ Zaun, S. 254

⁷⁰ Kritisiert wurden die Inhalte der Scheiben als „unehrlich“, da sie ein einseitiges, positiv-beschönigendes Bild der Menschen zeigen, das die Schattenseiten der menschlichen Kultur ausblendet.

⁷¹ Quelle: http://voyager.jpl.nasa.gov/where/index.html (Stand 20.12.2016, 13 Uhr) – abgerufen zuletzt am 20.12.2016; Die Sonden Pioneer 10 und 11 sowie Voyager 1 und 2 befinden sich als einzige von Menschen hergestellte Objekte außerhalb der Planetenbahnen. Quelle: http://www.dlr.de/next/desktopdefault.aspx/tabid-6596/10819_read-24426/ - abgerufen zuletzt am 20.12.2016

⁷² Mehr dazu in Kap. 7, Abschn. 7.2

⁷³ Michaud, S. 40; Hauptsponsoren sind z.B. Wirtschaftsgrößen wie William Hewlett und David Packard (Hewlett & Packard), Paul Allen von Microsoft oder Gordon Moore von Intel.

⁷⁴ Michaud, S. 39f

⁷⁵ Michaud, S. 40; Ausführlich beschreibt Harald Zaun die Entwicklung und Abhörmethode des Projekt Phoenix: Zaun, S. 56-61

⁷⁶ Zaun, S. 110

⁷⁷ Wabbel, S. 55

⁷⁸ Drake/Sobel, S. 336f

⁷⁹ Sagan/Agel, S. 204

⁸⁰ Vgl. Kap. 1

⁸¹ Pluto wurde nach einer Abstimmung als Zwergplanet klassifiziert, ebenso wie Ceres im Asteroidengürtel und die hinter Neptun befindlichen und Pluto in ihrer Größe und Form ähnelnden Objekte Charon und Eris.

⁸² Piper, S. 97-100; Vgl. Abschn. 3.3.3

⁸³ Piper, S. 39-41

⁸⁴ Weder um 70 Ophiuchi, noch um Munich 15040 konnte bis heute ein Exoplanet bestätigt werden.

⁸⁵ Piper, S.41f

⁸⁶ Piper, S. 43ff

⁸⁷ Röhrlich, S. 31ff

⁸⁸ Röhrlich, S. 29; Piper, S. 49

⁸⁹ Piper, S. 51f

⁹⁰ Internetpräsenz der Enzyklopädie: http://exoplanet.eu/catalog. Laut dieser wurde der erste Exoplanet bereits 1988 entdeckt, was an einer rückwirkenden kalkulativen Bestätigung liegen kann. Laut exoplanet.eu wurden bis heute 3549 Exoplaneten um 2662 verschiedene Sterne bestätigt (Vgl. Kap. 1). Es existieren auch andere Kataloge, z.B. http://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/, hier werden 3.431 extrasolare Planeten bestätigt (Stand 20.12.2016).

⁹¹ Zaun, S. 149

⁹² Piper, S. 55; Röhrlich, S. 30f

⁹³ Vgl. Kap. 2, Abschn. 2.1

⁹⁴ Röhrlich, S. 31

⁹⁵ wie z.B. Pegasi 51 b, vgl. Abschn. 3.1

⁹⁶ Piper, S. 56f

⁹⁷ Zaun, S. 149

⁹⁸ Vgl. Kap. 2, Abschn. 2.1

⁹⁹ Mehr zu Exomonden in Kap. 5, Abschn. 5.2

¹⁰⁰ Aus der Interferenz von Wellen eines Objekts, in Schall-, Licht- oder o.a. Bereich werden Informationen über Charakteristika abgeleitet. (Piper, S. 143)

¹⁰¹ Piper, S. 60

¹⁰² Piper, S. 56

¹⁰³ Vgl. Kap. 2, Abschn. 2.1

¹⁰⁴ Piper, S. 65

¹⁰⁵ Quelle: https://www.nasa.gov/feature/goddard/2016/hubble-team-breaks-cosmic-distance-record – abgerufen zuletzt am 20.12.2016

¹⁰⁶ Piper, S. 81

¹⁰⁷ Piper, S. 78ff

¹⁰⁸ So taucht Hubble beispielsweise in den Hollywood-Blockbustern „Armageddon“ (1998) und „Gravity“ (2013) auf.

¹⁰⁹ Piper, S. 82-83; Vgl. Fußnote 139

¹¹⁰ Zaun, S. 176

¹¹¹ Vgl. Abschn. 3.3

¹¹² Piper, S. 75f

¹¹³ Vgl. Abschn. 3.3.1

¹¹⁴ in Zusammenarbeit mit dem Hubble-Teleskop, das dort außerdem Kohlendioxid und das organische Molekül Methan entdeckte, was einen wissenschaftlichen Durchbruch darstellte. (Piper, S. 82)

¹¹⁵ Vgl. Spektralklassen von Sternen, Kap. 4, Abschn. 4.1.2

¹¹⁶ Ebenfalls der Name des berühmten französischen Landschaftsmalers Jean-Baptiste Corot (1796-1875).

¹¹⁷ Zaun, S. 148; Die Angaben sind in der Literatur abweichend: 896 km in Piper, S. 67.

¹¹⁸ Vgl. Kap. 3, Einleitung

¹¹⁹ CoRoT ist so präzise, dass es eine Mücke, die an einer Flutlichtanlage vorbeifliegt aus 800 km Entfernung ausmachen könnte. (Zaun, S. 149)

¹²⁰ Vgl. Transitmethode, Abschn. 3.2

¹²¹ Piper, S. 66ff; Zaun, S. 148ff

¹²² Vgl. Kap. 1

¹²³ Vgl. Kap. 2, Abschn. 2.1

¹²⁴ Die Aussage „Faster, Better, Cheaper“ geht auf den ehemaligen NASA-Administrator Daniel S. Goldin zurück. Quelle: http://history.nasa.gov/dan_goldin.html – abgerufen zuletzt am 20.12.2016

¹²⁵ Sterne, um die Planeten kreisen

¹²⁶ Vgl. Kap. 6

¹²⁷ Mehr dazu in Kap. 4, Abschn. 4.1.2

¹²⁸ Piper, S. 70ff

¹²⁹ Quelle: http://exoplanet.eu/catalog/, sortiert nach „Kepler“ (Stand 20.12.2016) - abgerufen zuletzt am 20.12.2016

¹³⁰ Piper, S. 73; Dass es dennoch so viele in den Katalog geschafft haben, liegt womöglich an den Bestätigungskriterien der Enzyklopädie, wonach ein Planet durch zwei Methoden bestätigt werden muss. (Vgl. Abschn. 3.1)

¹³¹ Zaun, S. 152

¹³² Nach dem italienischen Mathematiker und Astronoemen Joseph-Louis de Lagrange benannte Punkte L1 bis L5 im All. Nach Lagrange gibt es in jedem orbitalen System aus zwei Schwerkörpern fünf Punkte, an denen sich die Anziehungskräfte der beiden Körper ausgleichen. (Piper, S. 154)

¹³³ Quelle: http://www.esa.int/ger/ESA_in_your_country/Germany/Die_Mission_Gaia_im_Ueberblick – abgerufen zuletzt am 20.12.2016

¹³⁴ Quelle: http://www.esa.int/ger/ESA_in_your_country/Germany/Die_groesste_Digitalkamera – abgerufen zuletzt am 20.12.2016

¹³⁵ Piper, S. 152-154; Quelle: http://www.esa.int/ger/ESA_in_your_country/Germany/Wissenschaftliche_Ziele/ – abgerufen zuletzt am 20.12.2016

¹³⁶ Quelle: http://sci.esa.int/gaia/58275-data-release-1 – abgerufen zuletzt am 20.12.2016

¹³⁷ Piper, S. 83ff

¹³⁸ Diese Methode soll in Zukunft auch mit orbitalen Verdunklern genutzt werden. Mehr dazu in Kap. 6.

¹³⁹ Vgl. Abschn. 3.2

¹⁴⁰ Vgl. Abschn. 3.1

¹⁴¹ Biosignaturen konnten nicht gefunden werden.

¹⁴² Piper, S. 88; Zaun, S. 147

¹⁴³ Steht in Widerspruch zur ersten Ablichtung eines Exoplaneten, die Hubble für sich beansprucht (Vgl. Fußnote 105). ESO-Astronom Gael Chauvin: „Our new images show convincingly that this really is a planet, the first planet that has ever been imaged outside of our solar system.“ (Quelle: http://www.eso.org/public/news/eso0515/ - abgerufen zuletzt am 20.12.2016)

¹⁴⁴ Vgl. Abschn. 3.1; Entdeckung des ersten Exoplaneten, Pegasi 51 b

¹⁴⁵ Mehr zum Planetensystem um Gliese 581 in Kap. 5, Abschn. 5.1.4

¹⁴⁶ Piper, S. 85 ff, Ausführlich zur habitablen Zone in Kap. 4, Abschn. 4.1.2

¹⁴⁷ Quelle: http://physics.nmt.edu/Department/homedirlinks/mce/nessi.html – abgerufen zuletzt am 20.12.2016