Astro-Forschung
Raumsonde Kepler findet Exoplaneten

Dr. Peter Friedrich

Dr. Peter Friedrich, Pörnbach

Am 6. März 2009 schickte die NASA die Raumsonde Kepler auf eine ungewöhnliche Mission. Von einer eigenen Bahn um die Sonne, auf der sie langsam von der Erde wegdriftet, durchmustert Kepler ein Sternfeld im Gebiet der Sternbilder Schwan und Leier nach extrasolaren Planeten. Das ausgesuchte Sternfeld liegt im Bereich der Milchstraße und weist deshalb eine hohe Sterndichte auf. Insbesondere soll die Sonde Planeten von der Größe der Erde auf nahen Umlaufbahnen aufspüren, die erdähnliche Bedingungen aufweisen könnten.

Das Messprinzip

Kepler kann Planeten um andere Sterne dadurch aufspüren, dass er die Abschattung des Sternenlichts misst, die ein nicht leuchtender Begleiter beim Vorübergang (Transit) vor dem betreffenden Stern verursacht. Es handelt sich also um "ringförmige" Sternfinsternisse, bei denen der Planet allerdings nur einen winzigen Teil des Sternenlichts abblockt. Solche Ereignisse sind nur dann zu beobachten, wenn unsere Sichtlinie gerade in der Bahnebene des Planeten liegt. Aus geometrischen Überlegungen ergibt sich, dass die Wahrscheinlichkeit dafür bei den gesuchten Planeten 1 bis 2% beträgt.

Um genügend viele positive Resultate zu erhalten, muss Kepler deshalb eine große Zahl Sterne untersuchen. Dafür ist die Sonde mit einem Schmidt-Teleskop von 0,95 m Öffnung und einem Gesichtsfeld mit 12° Durchmesser ausgerüstet. In der gewölbten Bildebene liegen 42 CCDs mit insgesamt knapp 95 Megapixeln, die alle drei Sekunden ausgelesen werden. Diese Bilderflut wird bewältigt, indem nur die über knapp 30 Minuten aufsummierten Helligkeiten der detektierten Sterne bis zur Nachweisgrenze von etwa 14 m gespeichert werden. Etwa wöchentlich werden die so aufbereiteten Daten zur Erde gesendet. Man hat erwartet, dass in dem ausgewählten Sternfeld ca. 100.000 Hauptreihensterne bis zu einer Helligkeit von 14 m liegen. Tatsächlich hat Kepler auch Sterne bis 16 m detektiert, so dass sich die Gesamtzahl der untersuchten Sterne bislang auf 153.196 beläuft. Die meisten dieser Sterne haben Oberflächentemperaturen zwischen 4.500° C und 6.000° C, sind also im weiteren Sinne sonnenähnlich.

Kepler soll seine Beobachtungen mindestens vier Jahre lang durchführen. Bei Planeten mit einer Umlaufzeit von einem Jahr würden dann vier Transits beobachtet, bei längeren Umlaufzeiten entsprechend weniger. Mit zunehmender Missionsdauer werden deshalb immer mehr Planeten mit längeren Umlaufzeiten gefunden.

Gemessene Helligkeitsschwankungen können auch andere Ursachen als einen Planeten-Transit haben - z. B. bedeckungsveränderliche Sterne oder instrumentelle Effekte. Daher sind mindestens zwei Beobachtungen eines Helligkeitseinbruchs erforderlich, um einen echten Planetentransit in Betracht ziehen zu können. Darüber hinaus werden in der Regel für diese Kandidaten Nachbeobachtungen von der Erde aus durchgeführt, bei denen man die im Falle eines Planeten erwartete rhythmische Radialgeschwindigkeitsveränderung des umkreisten Sterns über den Dopplereffekt nachzuweisen sucht. Es bedarf also einiger Zeit, die von Kepler gemessenen Daten auszuwerten und durch Nachuntersuchungen zu zuverlässigen wissenschaftlichen Aussagen zu kommen.