Planeten und Kometen im Transit (um andere Sterne)

Manchmal ist das richtige Instrument ein Milliarden Dollar teurer Satellit in einer Erdumlaufbahn und manchmal ist es ein selbst gebautes Fernrohr in der Garage, repariert mit Bienenwachs und Unterlegscheiben.”

David Charbonneau, Doktorarbeit (2001)

Planeten anderer Sterne kann man auf verschiedene Arten entdecken. Sie direkt im Teleskop zu betrachten, gelingt nur selten. Einfacher ist es, die vorübergehende Verdunklung eines Sternes zu beobachten, wenn der Planet vor seinem Stern vorbeizieht: ein sogenannter Transit. Diese Idee beschrieb Astronom Otto Struve 1952 zum ersten Mal, doch es dauerte noch fast fünfzig Jahre bis zur tatsächlichen Beobachtung.

Dass der Stern “HD 209458” im Sternbild Pegasus einen Begleiter hat, war bereits aus anderen Messungen bekannt, als David Charbonneau im Sommer 1999 ein 286-Millimeter-Teleskop auf ihn richtete. Das Fernrohr war zwar nicht selbst gebaut aber bei weitem auch kein Milliarden-Dollar-Satellit im Weltraum. Und in jenen zehn Sommernächten war es genau das richtige Instrument: am 9. September 1999 zeichnete Charbonneau, damals noch Doktorand für Astrophysik in Boulder, Colorado, den ersten vollständigen Transit eines Exoplaneten auf.

Symmetrische Lichtkurve eines Sternes beim Transit von Exoplaneten.

Im Auge der Satelliten

Die Planeten verschlucken im Vorbeigehen nur ganz wenig des Lichts, daher sind Beobachtungen durch das Flimmern der Erdatmosphäre sehr schwer. Auch kann ein einzelnes Teleskop keine Transits erkennen, die länger als eine Nacht dauern. Einen Ausweg bieten Observatorien im Weltall.

Damit es zu einem Transit kommt, muss die Umlaufbahn des Planeten mit der Erde in einer Ebene liegen. Die Wahrscheinlichkeit dafür ist nicht sehr groß (siehe auch hier), deshalb ist es bei der Suche am besten, möglichst viele Sterne gleichzeitig für möglichst lange Zeiten zu beobachten. Drei Satelliten sind bisher zum Zweck Planetensuche in Erdumlaufbahnen aufgebrochen. Drei Missionen mit unterschiedlicher Technik, verschiedenen Himmelsausschnitten im Visier und mit jeweils anderen Beobachtungsdauern.

CoRoT, der erste von ihnen, wurde um das Jahr 2000 erdacht, 2006 startete er zu seiner Mission. Jeweils für ein paar Monate beobachtete er wechselnde Himmelsauschnitte und zeichnete bis zum Ruhestand in 2014 die Transits von 33 Planeten auf. Kepler begann seine Mission 2009. Im Gegensatz zu CoRoT richtete er sein Auge vier Jahre lang fest auf eine Himmelsregion im Sternbild Schwan. Leider fielen dann Teile seiner Steuerung aus und Kepler musste seine Mission ändern. Bis dahin hatte Kepler schon Transits von über Tausend Planeten aufgezeichnet.

TESS, das bislang letzte Weltraum-Observatorium auf Planetensuche begann 2018 mit der Arbeit. Vier Kameras tasten den Himmel streifenförmig ab. Alle 27 Tage wird der Bildausschnitt verschoben, zunächst den Südhimmel entlang, dann den Nordhimmel. Da sich die Streifen an den Polen überlappen, ergeben sich dort Beobachtungszeiten von bis zu 351 Tagen. Die Hauptmission endete im Juli 2020, jetzt beginnt TESS, den Südhimmel erneut abzutasten. Die Auswertung der Daten wird noch viele Jahre in Anspruch nehmen. Fast siebzig Planeten wurden in den Daten bereits gefunden. Außerdem haben sich noch weitere Entdeckungen versteckt.

Vergleich der Satellitenmissionen auf der Suche nach Transits: Zeitraum, Kamera/Chip, Blickfeld

Kometen im Transit

Auch Kometen umkreisen andere Sterne. Da sie in der Nähe des Zentralgestirns einen Schweif bilden, sind ihre Schatten nicht so gleichförmig wie die von Planeten. Die Helligkeit des Sternes nimmt bei einem solchen Transit einen ganz besonderen Verlauf. Diesen berechnete Alain Lecavelier des Etangs mit KollegInnen 1998 aus ein paar theoretischen Annahmen.

Im Idealfall ist ein Kometentransit von dem eines Planeten gut zu unterscheiden: Der Stern verdunkelt rasch, wenn der Kometenkern seinen Schatten auf die Erde wirft. Folgt der Schweif, wird das Licht noch etwas dunkler, aber nicht mehr so schnell. Das Ende des Kometentransits ist genauso, erst wird der Stern schnell heller, bis der Kern den Lichtschein verlassen hat. Wenn der Schweif das Licht nach und nach freigibt, kehrt der Stern eher langsam zu seiner normalen Helligkeit zurück.

Wie genau die Helligkeitskurve verläuft, hängt von unserem Blickwinkel auf die Kometenbahn ab. Eine Lichtkurve wie aus dem Lehrbuch fand Sebastian Zieba in den Daten von TESS: β Pictoris verdunkelte sich zur Weihnachtszeit 2018 für etwa drei Tage, in der für Kometen charakteristischen Art.

Asymmetrische Lichtkurve von Sternen beim Transit eines Exokometen.

Bildnachweis:

©Niko Komin (Follow )

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