EXTRASOLARE PLANETEN
CHEOPS soll echte Bilder ferner Welten liefern
Redaktion
astronews.com
16. Juni 2003

Bislang ist unser Wissen über extrasolare Planeten vor allem theoretischer Natur: Nur aus dem Wackeln einer Sonne schließen die Astronomen auf die Existenz eines umlaufenden Planeten - direkt beobachtet wurde bislang noch keiner. Nun soll in einem Projekt ein Verfahren entwickelt werden, das die direkte Abbildung Jupiter-ähnlicher extrasolarer Planeten von der Erde aus möglich machen könnte. 

Wird es dank CHEOPS bald möglich sein, Jupiter-ähnliche Planeten um ferne Sonne direkt zu beobachten? Hier ein künstlerische Darstellung des Systems um Gliese 876. Bild: NASA / G. Bacon

Als erster Schritt wurde kürzlich ein Vertrag über die Durchführung einer Machbarkeitsstudie zur direkten Abbildung extrasolarer Planeten von den Teleskopen der Europäischen Südsternwarte ESO in Chile aus vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg und der Europäischen Südsternwarte in Garching unterzeichnet. Das MPIA führt hierzu ein europäisches Konsortium, bestehend aus zehn Instituten aus Deutschland, Italien, der Schweiz, Holland und Portugal an. Die Studie soll nachweisen, dass man nach Jupiter-ähnlichen Riesenplaneten bei Sternen in der näheren Umgebung der Sonne auch mit erdgebundenen Teleskopen erfolgreich suchen kann, und gleichzeitig das Konzept für ein dafür geeignetes Instrument entwickeln. Die ESO plant, eines der vier 8-Meter-Teleskope ihres Very Large Telescope in Chile ab dem Jahr 2008 mit einem derartigen Instrument auszurüsten.

Die Studie soll das Konzept für ein Beobachtungsinstrument entwickeln, mit dem es möglich ist, echte Bilder von Jupiter-ähnlichen Planeten bis zu einer Entfernung von etwa 50 Lichtjahren von der Erde aus aufzunehmen. Darüber hinaus könnten Planeten auch in Systemen, die erheblich jünger sind als das Sonnensystem, noch bis in eine Entfernung von etwa 300 Lichtjahren gefunden werden. Doch mit dem Instrument sollen nicht nur die Planeten entdeckt, sondern zugleich auch ihre Atmosphäre spektral und polariemetrisch klassifiziert werden. Daher trägt das Projekt auch den Titel "CHarakterisierung Extrasolarer Planeten durch Opto-infrarote Polarimetrie und Spektroskopie" abgekürzt CHEOPS.

Einen nahe zur Erde gelegenen, Jupiter-ähnlichen Planeten auf einer ebenfalls Jupiter-ähnlichen Umlaufbahn um sein Zentralgestirn zu entdecken, wäre eine wissenschaftliche Sensation: Damit würde erstmals ein Sternensystem gefunden, welches tatsächlich große Ähnlichkeit mit unserem Sonnensystem aufweist, und das für die weitere Suche nach vielleicht bewohnten erdähnlicher Planeten mit Hilfe von Weltraummissionen wie DARWIN von der ESA und dem Terrestrial Planet Finder der NASA von großer Bedeutung wäre.

Eine besondere technische Herausforderung ist die Überwindung der extrem hohen Kontraste zwischen Stern und Planet (etwa 1:108) bei extrem kleinen Abständen (weniger als eine Winkelsekunde). Dazu müssen eine Reihe innovativer Techniken eingesetzt werden: Zunächst soll ein adaptives Optiksystem extrem hoher Qualität die durch die Erdatmosphäre verursachten Bildverzerrungen korrigieren. Damit können Bilder von bislang am Erdboden unerreichter Qualität gewonnen werden. Auf diese Weise sollen bis zu 80 Prozent der Bildqualität eines vergleichbaren Weltraumteleskops im Spektralbereich zwischen sichtbarem und nahem Infrarotlicht erreicht werden. Dieser Teil des Instrumentes soll wesentlich im Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg gebaut werden.

Doch diese Technik allein kann das Halo, also den Lichthof der hellen Sterne nicht ausreichend unterdrücken, um das hundertmillionenfach schwächere Signal eines Planeten zu entdecken. Daher wird CHEOPS sowohl ein Spektrometer, ein Projekt des Observatoriums von Padua, als auch ein Polariemeter, das von der ETH Zürich geliefert werden soll, im so genannten differentiellen Modus betreiben. Hierbei werden die eintreffenden Photonen erst nach Wellenlänge oder Polarisationszustand sortiert, bevor sie zu einem Bild aufaddiert werden. Da sich Spektrum und Polarisation der Photonen deutlich unterscheiden, je nachdem ob sie von der Sternen- oder der Planetenoberfläche stammen, kann auf diese Weise ein Differenzbild erzeugt werden, das dann ein detektierbares Planetensignal enthält.

Sind die technischen Schwierigkeiten einmal überwunden, hat ein bodengebundenes Instrument bei der Suche nach extrasolaren Planeten viele Vorteile: Dazu gehören vor allem die im Vergleich zu weltraumgestützten Instrumenten wesentlich geringeren Kosten (im Falle von CHEOPS etwa 7 Millionen Euro) und die sehr schnelle Machbarkeit. Hinzu kommt, dass am Erdboden nach wie vor auch die deutlich größeren Teleskopspiegel zur Verfügung stehen.