Der erste extrasolare Planet spottete allem, was Astronomen zu wissen glaubten

Für die Entdeckung des ersten extrasolaren Planeten haben die Schweizer Astronomen Michel Mayor und Didier Queloz den Physik-Nobelpreis erhalten. Ihre grösste Leistung bestand darin, dass sie eine scheinbar absurde Beobachtung ernst nahmen.

 

Schaut man sich unser Sonnensystem mit seinen acht Planeten an, so scheint sich dahinter ein einfaches Ordnungsprinzip zu verbergen. In der Nähe der Sonne kreisen die vier terrestrischen Planeten, die nicht allzu gross sind und wie die Erde vornehmlich aus Gestein bestehen. Jenseits des Mars beginnt das Reich der Gasplaneten. Dominiert wird es von Jupiter und Saturn, die im Vergleich zu den terrestrischen Planeten ungemein massereich sind.

 

Als sich Astronomen in den 1990er Jahren auf die Suche nach Planeten machten, die um andere Sterne als die Sonne kreisen, war es nur natürlich, dass sie dabei unser Sonnensystem vor Augen hatten. Sie lagen falsch. Als die Schweizer Astronomen Michel Mayor und Didier Queloz im Jahr 1995 den ersten extrasolaren Planeten entdeckten, der um einen Stern wie die Sonne kreist, trauten sie ihren Augen kaum. Der Planet hatte eine ähnliche Masse wie der Jupiter. Doch er kreiste in so geringem Abstand um sein Muttergestirn, dass er für einen vollen Umlauf nur wenige Tage benötigte. Für diese bahnbrechende Entdeckung sind Mayor und Queloz nun mit der einen Hälfte des Nobelpreises für Physik ausgezeichnet worden. Ebenso wie der dritte Preisträger, der Kanadier James Peebles, haben die beiden entscheidend dazu beigetragen, dass wir den Kosmos und unsere Stellung darin heute mit anderen Augen sehen.

 

Nachweis auf Umwegen

Michel Mayor und sein damaliger Doktorand Didier Queloz starteten ihre Suche im Jahr 1994. Planeten direkt zu beobachten, war damals noch ein Ding der Unmöglichkeit. Denn anders als Sterne leuchten Planeten nicht aus sich selbst heraus. Deshalb werden sie vom gleissenden Licht ihres Muttergestirns überstrahlt. Mayor und Queloz taten deshalb das, was andere Forschergruppen zu jener Zeit auch taten. Sie konzentrierten sich auf die Sterne. Mit einem neu entwickelten Spektrografen suchten sie im Sternenlicht nach periodischen Schwankungen, die sich auf einen Planeten zurückführen lassen.

 

Die Idee dahinter war die folgende: Wenn ein Planet um einen Stern kreist, so gerät dadurch der Stern geringfügig ins Taumeln. Während der einen Hälfte des Planetenumlaufs bewegt er sich auf die Erde zu, in der anderen Hälfte von ihr weg. Das hat zur Folge, dass das Licht des Sterns abwechselnd mal blauer und mal roter wird, weil die Lichtwellen entweder gestaucht oder gestreckt werden. Dieser sogenannte Dopplereffekt ist umso ausgeprägter, je massereicher der Planet ist, der am Stern «zieht». Am ehesten sollten sich mit dieser Methode also Planeten vom Kaliber eines Jupiters nachweisen lassen.

 

Wie Planetenjäger arbeiten

Mit dieser Methode entdeckten Didier Queloz und Michel Mayor den ersten Exoplaneten

Wie Planetenjäger arbeiten - NZZ / efl

Mayor und Queloz waren nicht die einzigen Astronomen, die auf diese indirekte Nachweismethode setzten. Ihre grössten Konkurrenten sassen in den USA. Dort suchte die Gruppe von Geoffrey Marcy

von der University of California in Berkeley bereits seit mehreren Jahren nach Sternen mit einem jupiterähnlichen Begleiter. Mayor und Queloz wussten, welche Sterne die Gruppe von Marcy ins Visier genommen hatten. Deshalb wählten sie andere Kandidaten. Dazu zählte auch der sonnenähnliche Stern 51 Pegasi (inzwischen auf den Namen Helvetios getauft), der 50 Lichtjahre von der Erde entfernt ist.

 

Die beiden Astronomen bemerkten relativ rasch, dass mit diesem Stern etwas nicht stimmte. Denn die Geschwindigkeit, mit der er sich bewegte, schwankte im Zeitraum von nur vier Tagen. Queloz, der die Daten damals auswertete, glaubte zunächst an einen Fehler, da diese Schwankungen für einen jupiterähnlichen Planeten viel zu kurz waren. Der Jupiter braucht für einen vollen Umlauf um die Sonne 12 Jahre. Ein Gasriese, der seinen Stern in nur vier Tagen umkreist: Das war eine absurde Vorstellung.

 

Queloz war die Sache so peinlich, dass er seinem Doktorvater zunächst nichts von dem merkwürdigen Verhalten des Sterns erzählte. Stattdessen machte er sich auf die Suche nach einem Fehler in seiner Software. Doch wie er die Dinge auch drehte und wendete, er fand keinen. Erst im Januar 1995 zog er Mayor ins Vertrauen, der sich damals gerade für ein Sabbatical in Hawaii befand. In einem früheren Interview mit der NZZ beschrieb Queloz diesen denkwürdigen Moment. Er, Queloz, habe gesagt: «Michel, ich glaube, ich habe einen Planeten gefunden.» Darauf dieser: «Warum nicht?»

Ganz sicher waren sich die beiden Forscher allerdings noch nicht. Erst als sich im Juli 1995 eine weitere Möglichkeit ergab, das Licht von 51 Pegasi zu analysieren, wichen die letzten Zweifel. Das Sternenlicht schwankte mit der gleichen Amplitude, Phase und Periode wie bei den ersten Beobachtungen. Damit schieden alternative Erklärungen aus.

 

Am 6. Oktober stellten sie ihre Ergebnisse an einem Workshop in Florenz der Fachwelt vor und lösten damit einen beispiellosen Medienrummel aus. Quasi über Nacht waren Mayor und Queloz berühmt.

 

Dass die Entdeckung Züge eines Wissenschaftskrimis trägt, hat auch mit der Rolle Marcys zu tun. Ausgerechnet dem ärgsten Konkurrenten wurde die undankbare Aufgabe zuteil, die Existenz des extrasolaren Planeten zu bestätigen. Damit nicht genug. Nur wenige Monate nach der bahnbrechenden Entdeckung von Mayor und Queloz fand die Gruppe von Marcy zwei weitere Sterne, um die jupiterähnliche Planeten kreisen. Wie sich herausstellte, waren Marcy und seine Mitstreiter nur deshalb nicht die Ersten, weil sie mit der Auswertung der bereits aufgezeichneten Daten nicht nachgekommen waren.

 

Nicht wie unser Sonnensystem

Heute ist das nur noch eine historische Randnotiz. Viel wichtiger ist, welche Entwicklung Mayor und Queloz damals angestossen haben. Heute kennen wir ungefähr 4000 extrasolare Planeten in 3000 Planetensystemen, darunter auch einige, die gewisse Ähnlichkeiten mit der Erde aufweisen. Dabei hat sich bestätigt, was sich 1995 bereits angedeutet hatte: Unser Sonnensystem ist in der Milchstrasse eher die Ausnahme als die Regel. Das betrifft nicht nur Planeten wie den Jupiter. Überraschend ist auch, wie häufig in anderen Planetensystemen sogenannte Supererden vorkommen. Das sind Planeten, die irgendwo zwischen den terrestrischen Planeten und den Gasplaneten angesiedelt sind und in unserem Sonnensystem vollkommen fehlen.

 

Das ist aber erst der Anfang. Mit einer neuen Generation von Teleskopen ist die Erkundung der extrasolaren Planeten inzwischen in eine neue Phase eingetreten. Ging es bisher vor allem darum, diese Planeten hinsichtlich Grösse und Masse zu klassifizieren, interessiert man sich nun vermehrt für deren Eigenschaften. Über allem schwebt dabei die eine Frage: Könnte es sein, dass sich auch auf anderen Planeten Leben entwickelt hat? Oder ist unser Sonnensystem auch in dieser Hinsicht ein Einzelfall?

 

Eine Antwort hofft man zu finden, indem man die Atmosphäre von extrasolaren Planeten analysiert, auf denen es im Prinzip flüssiges Wasser geben könnte. Hier sucht man nach Spurengasen, die auf der Erde mit biologischen Prozessen in Verbindung gebracht werden. Die Entdeckung von Mayor und Queloz sollte allerdings eine Warnung sein.

Bei der Suche nach Biosignaturen sollte man sich nicht allzu fest auf das verlassen, was man kennt. Sonst könnte man das Wesentliche übersehen.

 

Unvorstellbar - und wir Menschen nehmen uns so wichtig - wie denken Sie - ich finde unsere Lebensqualität ist auch von solchem Wissen positiv zu beeinflussen.