Extrasolare Planeten: Erster Planetenfund durch Astrometrie

astronews.com Redaktion

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Lange hatten Astronomen vermutet, dass es möglich sein müsste, mit Hilfe der Astrometrie, also durch die genaue Bestimmung der Position von Sternen am Himmel, extrasolare Planeten nachzuweisen. Viele Jahre versuchten sie es ohne Erfolg. Zwei Astronomen haben trotzdem nicht aufgegeben und nach zwölf Jahren Arbeit wurde ihre Mühe nun belohnt: Sie konnten um einen M-Zwerg in 20 Lichtjahren Entfernung einen extrasolaren Planeten nachweisen. (29. Mai 2009)

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Martin H.

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Jetzt versteht ich gar nichts.
Ist denn nicht die Astrometrie neben der Transitmethode die häufigste Methode, um Exoplaneten zu entdecken?
Die dritte und seltenste wäre der optische Nachweis.

Was ist denn an dieser Methode nun neu?
Es wird doch genau so durch das "Wackeln" des Zentralgestirns nachgewiesen!
 

Bynaus

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Ja, aber das Wackeln in der Position des Sterns am Himmel - nicht "nur" in einer Dopplerverschiebung des Lichtes wie bei der Radialgeschwindigkeitsmethode (die bisher am erfolgreichsten ist). Die Transitmethode ist zur Zeit noch an zweiter Stelle, an dritter folgt der direkte optische Nachweis. Nun ist auch, nach fast 50 Jahren Bemühungen, die Astrometrie bei n=1 angekommen... ;)
 

Martin H.

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Aaaaah!
Danke für diese Erklärung!

Ich schätze, dass die Astronometrie dort einen Vorteil bringt, wo die Kreisbahn eines Planeten genau senkrecht zu unserer Blickrichtung steht.
Denn dann wackelt der Stern lediglich, bewegt sich auf uns aber nicht zu oder von uns weg.
Dies wird zwar selten nur der Fall sein, aber ist dennoch eine Möglichkeit auf diese Weise neue Exoplaneten zu entdecken.
 

Bynaus

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Ich schätze, dass die Astronometrie dort einen Vorteil bringt, wo die Kreisbahn eines Planeten genau senkrecht zu unserer Blickrichtung steht.
Denn dann wackelt der Stern lediglich, bewegt sich auf uns aber nicht zu oder von uns weg.

Ja, die Astrometrie funktioniert am besten (dh, die bei gleicher Auflösung zu findenden Planeten sind am kleinsten), wenn die Bahn senkrecht zur Blickrichtung steht. Bei der Radialgeschwindigkeit ist es umgekehrt - je stärker die Bahn geneigt ist, desto kleiner das Signal.

Theoretisch könnte man Astrometrie und RV kombinieren, um die Neigung der Bahn herauszufinden - praktisch wurde das versucht, aber die Ergebnisse sind umstritten.
 

Orbit

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Theoretisch könnte man Astrometrie und RV kombinieren, um die Neigung der Bahn herauszufinden - praktisch wurde das versucht, aber die Ergebnisse sind umstritten.
Ich hätte jetzt gedacht, dass man das immer macht. Aber künftig wird das nun funktionieren, oder? Und ein Kepler II-Teleskop würde dann nicht nur nach der Transitmethode arbeiten?
Orbit
 

Bynaus

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Ich hätte jetzt gedacht, dass man das immer macht.

Nein, denn soviel ich weiss, ist es sehr viel aufwändiger, die Position eines Sterns astrometrisch über viele Jahre zuverlässig zu verfolgen als einfach mal kurz sein Spektrum zu analysieren und dann zum nächsten weiterhüpfen.

Solche Ergebnisse nennt man dann "preliminary" - siehe zB hier: http://adsabs.harvard.edu/abs/2000DPS....32.3106B

Nichtdestotrotz, die ersten - letztlich erfolglosen - Exoplanetensuchen wurden ab den 60er Jahren des 20. Jahrhunderts mit Hilfe von Astrometrie durchgeführt.

Und ein Kepler II-Teleskop würde dann nicht nur nach der Transitmethode arbeiten?

Kepler / Corot zeichnen sich vor allem durch ihre Weitwinkelkameras aus, die eine grosse Anzahl von Sternen gleichzeitig beobachten können - da bietet sich natürlich die Transitmethode an. Künftig wird das auch vom Boden aus möglich sein (Pan Starrs), wenn auch vermutlich nicht in der Auflösung, wie das Kepler / Corot bieten.

Wenn allerdings die ESA im Jahr 2012 ihr GAIA-Teleskop startet, sieht die ganze Sache anders aus. Man erwartet, dass das Teleskop, dessen primäre Aufgabe es ist, die Positionen von etwa einer Milliarde Sterne höchstgenau zu vermessen, "nebenbei" tausende von extrasolaren Planeten entdecken wird, u.a. über Astrometrie.
 

jonas

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Bynaus schrieb:
Ja, die Astrometrie funktioniert am besten (dh, die bei gleicher Auflösung zu findenden Planeten sind am kleinsten), wenn die Bahn senkrecht zur Blickrichtung steht. Bei der Radialgeschwindigkeit ist es umgekehrt - je stärker die Bahn geneigt ist, desto kleiner das Signal
Ist es nicht so, daß die Astrometrie völlig unabhängig von der Bahnneigung des Planeten die selbe Amplitude des "wackelns" misst, nur eben in jeweils eine andere Richtung?

Ist die Bahnebene parallel zur Sichtlinie (optimum für Radialmethode), so schwingt der Stern auf einer Linie hin und her. Weicht die Bahnebene ab, so schwingt der Stern in einer Ellipse. Kann man beide Halbachsen auflösen, so wäre auch die Bahnneigung allein aus der Astrometrie zu ermitteln.
 

TomTom333

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2 - 6 mal?

Zitat:
.....Für ihre Entdeckung haben Pravdo und Shaklan ihr Stellar Planet Survey-Instrument zwei bis sechs Mal pro Jahr an das fünf Meter Hale-Telescope des Palomar Observatory montiert......

Ähhmmmm Ja!

Ist das nicht zu wenig?
Was ist, wenn ein Planet wie Merkur dort ist und der viel näher an einem roten Zwerg dran ist?
Klar haben die das Teleskop nicht für sich alleine und Zeit ist teuer , aber wollte man es "RICHTIG" machen sollte man, meiner Überlegung nach, den M-Stern jeden Monat unter die LUPE nehmen...... dann klappts auch mit unseren Nachbarn!
 

Orbit

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Jonas
Das ist schon so; aber das Vor- und Zurückweichen in der Ebene der Sichtverbindung wird kaum astrometrisch gemessen werden können. Dazu müsste die Distanzmessung in der Astronomie um viele Grössenordnungen besser werden. Du weisst ja, dass man vorläufig mit Distanzangaben ± 10% immer noch zufrieden ist. Nein, in dieser Ebene hilft nur der Doppler-Effekt.
So genau, wie das im Artikel von astronews beschrieben wird, kann die Position der Sterne astrometrisch nur in der Ebene senkrecht zur Sichtverbindung bestimmt werden.
Orbit
 

Bynaus

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Orbit hat recht. Mit der Astrometrie kannst du beobachten, wie sich ein Stern vor dem Sternhintergrund bewegt und welche Linie er dabei beschreibt - für die Bewegung in Richtung der Verbindungslinie zur Erde ist die Methode aber viel zu wenig empfindlich. Astrometrie und RV geben immer nur eine Dimension der Bahn - erst, wenn beide gemssen werden, lässt sich die Neigung angeben.

Ist das nicht zu wenig?

Mehr ist immer gut, aber man nimmt, was man bekommt. Wie du auch schreibst, es gibt noch viele andere Projekte, ausserdem ging es hier ja einfach mal darum, die Anwendbarkeit der Methode zu demonstrieren - was prompt geklappt hat. Wenn die Erfolge anhalten, wird man mit der Zeit auch mehr Teleskopzeit bekommen.
 

jonas

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Bynaus schrieb:
Orbit hat recht. Mit der Astrometrie kannst du beobachten, wie sich ein Stern vor dem Sternhintergrund bewegt und welche Linie er dabei beschreibt - für die Bewegung in Richtung der Verbindungslinie zur Erde ist die Methode aber viel zu wenig empfindlich.
Tut mir leid, wenn ich hier Widerspruch anmelde. Zumindest das "viel zu wenig empfindlich" ist nach meiner Meinung nicht haltbar.

Ich finde die Textstelle jetzt zwar nicht mehr, aber die Aussage war, daß die astrometrische Methode im Gegensatz zur Radialgeschwindigkeitsmessung unabhängig von der Lage der Planetenbahn im Raum ist. Die Länge der großen Halbachse ist also bei jeder Bahnlage gleich (kreisförmige Planetenbahn mal vorausgesetzt).

Ist nun die Messung der großen Halbachse nicht am äußersten Ende der Messgenauigkeit, so wird man auch eine Schwingung entlang der kleinen Halbachse messen können. Schon bei 30 Grad Neigung der Bahnebene gegenüber der Sichtlinie wäre die kleine Halbachse bereits halb so groß wie die große Halbachse.

Wenn ich nun nicht einen totalen Knoten in meiner räumlichen Vorstellung habe, so ist also die Lagebestimmung der Planetenbahn allein durch Astrometrie möglich, solange die große Halbachse in wenigstens zwei Teile aufgelöst werden kann.

Diese Lagebestimmung ergibt allerdings immer zwei Lösungen. Insofern ist es richtig, daß man noch die Radialmethode braucht um von den beiden Lösungen die richtige herauszufinden.

PS: Daß die Radialmethode insgesamt natürlich deutlich empfindlicher ist als die astrometrische ist unbestritten.
 
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Orbit

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Hallo Jonas
Dein Einwand ist berechtigt. Die Frage ist nur, ob man astrometrisch so genau messen kann, dass auch die Exzentrizität des Umlaufs ums Baryzentrum berechnet werden kann.
Orbit
 

jonas

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Die Messung der Exzentrizität astrometrisch zu mesen würde bedeuten die Bahngeschwindigkeit des Wackelns des Zentralgestirns auf seiner Bewegungsbahn zu messen. Hier dürfte die Messgenauigkeit in Millibogensekunden ihre Grenze finden, wenn der Planet nicht eine außerordentlich stark exzentrische Bahn hätte.

Statisch wäre diese Messung der Exzentrizität vergleichbar mit der Radialmethode. Je stärker sie zur Beobachtungslinie geneigt ist, desto deutlicher würde sie sich als Unterschied in den jeweiligen Halbachsen bemerkbar machen.

Allerdings: für die Beurteilung der Lage der Bahn macht die Exzentrizität prinzipiell eigentlich keinen Unterschied.

Was deren Messung allerdings betrifft gebe ich Dir Recht. Wenn diese nur um ein hunderstel des Bahnradius schwankt, so ist das astrometrisch wahrscheinlich nicht zu entdecken, bei den existierenden Entfernungen und der gegenwärtigen Messgenauigkeit.

Aber wie gesagt, darum ging es bei meinem Widerspruch nicht. Wäre schön, wenn Bynaus sich nochmal dazu äußert. Denn ich habe den Verdacht, daß es sich hier um ein Missverständnis handelt.
 
Zuletzt bearbeitet:

Bynaus

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Zumindest das "viel zu wenig empfindlich" ist nach meiner Meinung nicht haltbar.

Warum nicht? Die Veränderung der Position des Sterns in radialer Richtung (= Entlang der Verbindungslinie Erde-Stern) fällt im Verlgeich zur absoluten Entfernung winzig klein aus - weitaus kleiner als die besten zur Zeit möglichen Parallaxenmessungen. Die Veränderung der Position senkrecht dazu lässt sich hingegen durch Vergleich mit der Position von weit entfernten Hintergrundsternen sehr gut bestimmen. Und genau darum geht es in der Astrometrie ("Stern(position)s-Vermessung"), so wie ich das verstehe.

Hm, nach einigem Überlegen während dem Schreiben dieser Antwort ist mir jetzt aber klar, was du meinst - die Bewegung in radialer Richtung spielt gar keine Rolle. Diese Schwankung vor den Hintergrundsternen muss ja nicht zwingend senkrecht zur Bewegungsrichtung des Sterns stattfinden, sondern kann auch in Bewegungsrichtung stattfinden - der Stern würde dann einfach auf seiner Bahn beschleunigen, bremsen, beschleunigen etc. Man hätte zwei (senkrecht aufeinander stehende) Komponenten zu bestimmen - wenn beide stärker als die Messgenauigkeit ausfallen, hat man in der Tat nur noch zwei Bahn-Möglichkeiten übrig. Vielen Dank!

Das Preprint zu VB10b: http://steps.jpl.nasa.gov/links/docs/pravdoshaklan09vb10b.pdf
 

mac

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Um hier mal die zur Debatte stehenden Größenordnungen zu veranschaulichen:

Um diesen Planeten zu entdecken standen rund 7 Millibogensekunden Bahndurchmesser des Sterns um sein Systembaryzentrum zur Verfügung.

Der momentane Abstand unserer Sonne vom Baryzentrum des Sonnensystems beträgt 738000 km. In einem Abstand von 20 Lichtjahren würde das zu einer Auslenkung von 1,6 Millibogensekunden führen.

Die Auflösung von Hipparcos betrug ca. 1 Millibogensekunde, die von Gaja soll etwa 40 mal besser werden.

Mit der derzeitigen Auflösung hätte man also Jupiter in 20 Lichtjahren Entfernung noch erahnen können, Saturn wäre wahrscheinlich unsichtbar geblieben.

Bei einer Entfernung von 30 Lichtjahren wären für Hipparcos bereits alle Planeten des Sonnensystems unauffindbar gewesen, selbst wenn man sie mit ihm gesucht hätte.

Mit Gaja könnte man dann neben Jupiter auch Saturn Uranus und Neptun finden. Für die Erde würde man aber nochmal eine gut 1000 mal bessere Auflösung brauchen, als Gaja sie haben wird. Und das genügt nur für Entfernungen bis zu 20 Lichtjahren.

Herzliche Grüße

MAC
 
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