PROJECT 1640
Dunkles Loch im Sternenlicht
von Stefan Deiters
astronews.com
10. Juli 2012

Mit Hilfe extrem präziser Instrumente wollen Astronomen versuchen, Planeten um nahegelegene Sterne direkt zu beobachten. Jetzt haben sie ihr Verfahren erstmals unter realen Bedingungen getestet: Sie visierten dazu den Stern HD 157728 an und konnten dessen Licht in Teilbereichen so ausblenden, dass auch sehr leuchtschwache Objekte um den Stern zu beobachten gewesen wären.

Aufnahme des Sterns HD 157728. Oben eine Ansicht, in der lediglich das Sternenlicht mit dem Koronografen ausgeblendet wurde. Unten ist mit Hilfe des Wellenfrontsensors ein dunklerer Bereich entstanden, in dem sich Objekte nachweisen lassen würden, die bis zu zehn Millionen Mal lichtschwächer sind als der Stern selbst. Bild: Project 1640

Extrasolare Planeten werden - von wenigen Ausnahmen abgesehen - bislang nur mit Hilfe indirekter Verfahren beobachtet. So sucht man beispielsweise nach dem Wackeln eines Sterns, das durch einen umlaufenden Planeten verursacht wird oder nach leichten Helligkeitsschwankungen einer fernen Sonne, die durch den Transit eines Planeten zu erklären ist. Eine direkte Beobachtung der fernen, äußerst leuchtschwachen Planeten ist bislang in der Regel nicht möglich, weil das helle Licht des Zentralsterns die Planeten einfach überstrahlt.

"Wir werden von diesem Sternenlicht geblendet", erläutert Ben R. Oppenheimer vom American Museum of Natural History. Oppenheimer ist Leiter einer Gruppe von Wissenschaftlern des Museums, des California Institute of Technology und des Jet Propulsion Laboratory der NASA, die im Rahmen des Project 1640 ein neues Verfahren entwickeln, mit dem die direkte Beobachtung von extrasolaren Planeten möglich werden soll.

"Wenn wir die Exoplaneten erst einmal wirklich sehen können, lässt sich auch ihre Farbe bestimmen, die chemische Zusammensetzung ihrer Atmosphäre und sogar die physikalischen Eigenschaften ihrer Oberflächen. Letztlich könnte man durch direkte Messungen, wenn sie aus dem Weltraum durchgeführt werden, auch mehr über den Ursprung der Erde lernen und nach Lebensspuren auf anderen Welten suchen", beschreibt Oppenheimer die Vorzüge von direkten Beobachtungen.

Doch solche Beobachtungen stellen eine besondere Herausforderung dar: "Man kann sich das so vorstellen, als würde man versuchen ein Glühwürmchen zu erkennen, das in einer Entfernung von über 1.000 Kilometern um einen Leuchtturm herumschwirrt", vergleicht Charles Beichman vom NASA ExoPlanet Science Institute am California Institute of Technology.

Das Project 1640 versucht nun diese Schwierigkeiten durch die Kombination von vier leistungsfähigen Instrumenten zu überwinden, die zusammen die Infrarotstrahlung von Sternen und ihrer Planeten analysieren sollen. Sie ermöglichen äußerst kontrastreiche Bilder, auf denen sich noch Objekte erkennen lassen sollten, die eine bis zehn Millionen Mal lichtschwächer sind, als der Stern im Zentrum der jeweiligen Aufnahme.

Kernstück ist das weltweit fortschrittlichste Adaptive-Optik-System. Eine adaptive Optik dient dazu, mit Hilfe eines verformbaren Spiegels die Bildunruhe auszugleichen, die durch Luftbewegungen in der Erdatmosphäre entsteht. Der Korrekturspiegel des für das Project 1640 verwendeten Systems lässt sich pro Sekunde mehr als sieben Millionen Mal anpassen und dies mit einer Genauigkeit von einem Nanometer und besser.

Hinzu kommt ein Koronograf, mit dem sich das Licht des Zentralsterns ausblenden lässt, ein Spektrograf, mit dem man ein Spektrum des fernen Sonnensystems aufnehmen kann, sowie ein spezieller Wellenfrontsensor, der in den Koronografen integriert ist und der Unregelmäßigkeiten im Strahlengang des Lichts mit einer Genauigkeit von einem Nanometer bestimmt.

Mit dem Koronografen können die Astronomen eine Art künstliche Finsternis der fernen Sonne erzeugen und so einen großen Teil des hellen Sternenlichts ausblenden. Es verbleiben allerdings noch immer rund ein halbes Prozent des Lichts und dieses sorgt für ein fleckiges Hintergrundmuster rund um den Stern, das das potentielle Planetensystem überstrahlt. Jeder der Flecken kann nämlich viele Hundert Mal heller sein als ein hier umlaufender Planet.

Mit Hilfe der extrem präzisen Instrumente ist es dem Project 1640 nun aber gelungen, in bestimmten Bereichen diese Flecken verschwinden und eine praktisch dunkle Region entstehen zu lassen, in der man nun leuchtschwächere Objekte nachweisen könnte. Möglich wurde dies durch die exakte Vermessung der Ablenkungen des Sternenlichts auf dem Weg durch die Erdatmosphäre und die Optik der Instrumente. Bislang war dem Team dies nur unter kontrollierten Laborbedingungen gelungen. Jetzt konnten sie das auch bei Beobachtungen des Sterns HD 157728 mit dem Hale-Teleskop des Palomar Observatory zeigen.

Die Astronomen, die ihre Resultate in der vergangenen Woche auf einer Konferenz in Amsterdam vorstellten, haben nun mit einer auf drei Jahre angelegten Durchmusterung begonnen, in deren Rahmen sie mehrere Hundert junge Sterne beobachten wollen. "Je mehr wir über extrasolare Planeten lernen, desto deutlicher wird, wie sehr sie sich von unserem Sonnensystem unterscheiden können", so Gautam Vasisht. "Alles deutet auf eine ungeheure Vielfalt von Planetensystemen hin, wie man sie vor nur zehn Jahren noch gar nicht für möglich gehalten hätte."

Die Entdeckung der zweiten Erde sollte man aber zunächst noch nicht erwarten: Bei den Planeten, die das Project 1640 zunächst um die hellen Sterne zu finden hofft, dürfte es sich vermutlich um sehr große massereiche Welten handeln, die mehr unserem Jupiter ähneln und die ihrer Sonne zudem zu nahe sind, um sie als lebensfreundlich klassifizieren zu können.