Wie findet man Planeten, auf denen es Leben geben könnte?

Astrophysikerin Lisa Kaltenegger wählte für unser Interview eine Bibliothek als Schauplatz. Während das von ihr geleitete Carl Sagan Institute dezidiert nüchtern eingerichtet ist, herrscht hier eine recht europäische Bequemlichkeit und Wärme. Journale, Bücher und sogar alte Globen helfen beim Denken. Dabei forscht auch Kaltenegger längst mit modernster Technik. Und die ist körperlos und digital.

Terra Mater: Wie finden Sie Planeten außerhalb unseres Sonnensystems?

Lisa Kaltenegger: Besonders gut funktioniert die Transit-Methode, bei der wir bemerken, wenn sich ein Planet zwischen seinen Stern und die Erde schiebt. Aus der Perspektive eines fernen Beobachters verdunkelt auch die Erde das Sonnenlicht einmal im Jahr für rund 12,5 Stunden. Aber dieser Effekt ist verschwindend klein, denn die Sonne ist rund 110-mal größer als die Erde. Wir suchen also gleichsam nach einem Stecknadelkopf.

Und damit finden Sie überall im Universum Planeten?

Momentan können wir rund 1.000 Lichtjahre weit sehen, wobei allein unsere Galaxie rund 100.000 Lichtjahre misst. Gegenwärtig sehen wir also nicht mehr als den Vorgarten unseres Sonnensystems. Und schon das stellt uns vor Probleme. Wir können unmöglich gleichzeitig Milliarden von Sternen beobachten und auf diese kleine, vorübergehende Verdunklung warten. Ein Teleskop müsste jeden dieser Sterne monatelang oder jahrelang im Auge behalten.

Was also tun?

Wir können schon mit einer Auswahl von 100 bis 150 Sternen gut forschen, etwa ihre Lichtsignaturen erstellen und daraus ableiten, ob es dort Leben geben könnte. Sobald wir das Licht gemessen haben, können wir dank der Spektrometrie die Atmosphäre des Planeten analysieren.

Als europäische Forscher 1995 den ersten Planeten entdeckten, der um einen sonnenähnlichen Stern kreist, haben die eine andere Methode verwendet.

Es gibt die Methode namens Radialgeschwindigkeitsmessung. Ich vergleiche sie immer mit einem Hund, den man spazieren führt. Wenn er an der Leine zieht, wird sich sein Besitzer dagegenstemmen. Genauso ist es mit Sternen und Planeten. Die Schwerkraft des einen beeinflusst den anderen. Sie tanzen umeinander. Selbst wenn der Stern viel größer ist, wird er doch ein klein wenig von seinem Planeten aus der Bahn gebracht.

Fachleute messen diese geringe Wackel- oder Wobbel-Bewegung anhand der Radialgeschwindigkeit. Und dann kann ich die beiden Methoden kombinieren: Aus der Beobachtung des Transits errechne ich die Größe des Exoplaneten und aus der Messung der Radialgeschwindigkeit seine Masse. Und so erfahre ich, ob es sich bei dem Planeten um einen Gasriesen handelt oder etwa um einen Gesteinsplaneten wie die Erde.

Reichen diese Tricks für die Forschung?

Die Möglichkeiten entwickeln sich schnell weiter, wir greifen auf das Wissen aus vielen Disziplinen zurück. So kommt uns etwa die Forschung zum Klimawandel seit den 1960er-Jahren zugute. Wir haben hier viel über Atmosphären gelernt, das fließt in unsere atmosphärischen Modelle für andere Planeten ein. Wir greifen natürlich auch zurück bis zu Kepler im 16., 17. Jahrhundert, der die Gesetzmäßigkeiten berechnete, nach denen sich Planeten um die Sonne bewegen und auf dessen Arbeit Newton dann aufbaute.

Die beiden hatten noch keine Ahnung von Planeten, die um ferne Sterne kreisen.

Erst vor rund 25 Jahren waren wir zum ersten Mal technisch in der Lage, einen solchen Exoplaneten zu beobachten. Heute, also nach nur einer Generation, kennen wir rund 5.000 davon. Diese Menge erlaubt uns etwa Rückschlüsse darauf, welche Arten von Planeten in einem Sonnensystem üblich sind.

Kann uns das Wissen über unser Sonnensystem hier weiterhelfen?

Die Umlaufzeit des Jupiters beträgt 12 Jahre. Das heißt: Um ihn mit der Transit-Methode zu finden, müsste man 12 Jahre lang die Sonne beobachten. Beim weiter entfernten Neptun dauert ein Umlauf sogar 40 Jahre! Auch in fernen Sonnensystemen wird es solche Umlaufzeiten geben. Wir können also davon ausgehen, dass wir vieles noch gar nicht sehen konnten. Die Liste der uns heute bekannten fernen Planeten ist eindeutig durch die vorhandenen Messmethoden begrenzt. Mit denen finden wir vor allem kleinere Planeten, die schnell um einen Stern kreisen, oder große Objekte.

Was würden wir erkennen, wenn wir tatsächlich auf die Oberfläche ferner Planeten blicken könnten?

Mit der heute verfügbaren Technik geht das nicht, wir können nur indirekte Rückschlüsse ziehen. Es ist aber wichtig, zu bedenken, dass sich ein Planet immer nur kurz vor seinen Stern schiebt. Man kann ihn aber prinzipiell auch dann beobachten, wenn er von uns aus betrachtet weit von seinem Stern entfernt ist.

Mit mehr Zeit oder einem größeren Teleskop ließe sich also sehr wohl auch die Oberfläche von solchen Planeten betrachten, weil das Licht des Sterns natürlich den Planeten trifft und reflektiert wird. Dann könnte man theoretisch bis zur Oberfläche blicken, selbst wenn es wie auf der Erde eine Wolkendecke geben sollte.

Und dann?

Mir ist die Idee gekommen, nach Farben zu suchen, etwa nach grünen Pflanzen oder nach blauem Meer. Wenn wir uns die geologische Geschichte der Erde ansehen, gibt es viele Möglichkeiten für Farbmuster. Pflanzen sind auf der Erde erst seit 750 Millionen Jahren verbreitet, davor gab es Algen und Cyanobakterien.

Je nach der Temperatur auf dem Planeten kann Leben aber auch ganz anders aussehen. Wir haben die Farben solcher Organismen im Labor gemessen und einen Katalog zusammengestellt. Der beschreibt, wie etwa ein von Algen überzogener Wasserplanet durch unsere Teleskope aussehen würde. Noch sind wir auf den Nachweis von Gasen in der Atmosphäre beschränkt. Aber mit dem James-Webb-Weltraumteleskop wird künftig mehr möglich sein.

Licht reist schnell, braucht aber dennoch Jahre und Jahrtausende, bis es bei uns ankommt. Ist dieser Zeitunterschied nicht ein großes Problem bei der Suche nach Leben im Universum?

Ich finde es eigentlich sehr schön, zu wissen, dass man beim Blick in den Sternenhimmel in die Vergangenheit schaut. Alles, was wir am Himmel sehen, ist schon längst passiert. Das heißt, wir sind nicht nur im Weltraum eingebettet, sondern auch in der Zeit. Das macht es doppelt spannend. Vielleicht blickt gerade jemand aus einer Entfernung von 1.000 Lichtjahren zur Erde. Er sieht die Erde, wie sie vor 1.000 Jahren war, und hat keine Ahnung, was sich seitdem alles getan hat.

Aus diesem Grund könnten auch wir Leben entdecken, das schon längst wieder ausgestorben ist.

Ich bin Optimistin. Leben auf einem Planeten generell auszulöschen ist extrem schwierig. Die Hoffnung ist natürlich, dass sich andere Zivilisationen in den Jahren, in denen ihr Licht zu uns unterwegs war, nicht selbst ausgelöscht haben. Denn je weiter Exoplaneten von der Erde entfernt sind, desto größer ist die Zeitspanne zwischen einem Ereignis und dem Moment, in dem wir davon Signale erhalten. Der nächste Stern mit einem wohltemperierten Planeten, Proxima Centauri b, ist vier Lichtjahre weit entfernt. Der Stern Trappist-1 mit seinen sieben Planeten ist schon 40 Lichtjahre entfernt.

Das heißt: Potenzielle Beobachter dort sehen uns, wie wir vor 40 Jahren waren, und umgekehrt. Es kann also gut sein, dass wir Spuren von Leben sehen oder vielleicht Spuren von intelligenten Zivilisationen – wie etwa Radiowellen – finden, die dort gar nicht mehr existieren. Das ist die große Frage im Universum.

Diese Geschichte erschien erstmals im Terra Mater Magazin 4/2021.