Ein erster Schritt im Jahr 1995

Ein Exoplanet ist einfach ein Planet, der einen anderen Stern als die Sonne umkreist. Die erste bestätigte Entdeckung um einen sonnenähnlichen Stern geht auf das Jahr 1995 zurück: 51 Pegasi b, ein Gasriese, der seinen Stern so nah umkreist, dass sein Jahr nur vier Erdtage dauert — eine so unerwartete Entdeckung, ein Gasriese direkt an seinem Stern klebend, dass sie zunächst die gängigen Modelle der Planetenentstehung infrage zu stellen schien. Ihre Entdecker, Michel Mayor und Didier Queloz, erhielten 2019 den Nobelpreis für Physik.

Seither hat sich das Tempo der Entdeckungen erheblich beschleunigt, insbesondere dank eigens dafür konzipierter Raumfahrtmissionen, sodass die bestätigten Exoplaneten heute in die Tausende gehen.

Wie man eine unsichtbare Welt aufspürt

Die überwiegende Mehrheit der Exoplaneten wurde mit der Transitmethode entdeckt: Wenn ein Planet, von der Erde aus gesehen, vor seinem Stern vorbeizieht, blockiert er einen winzigen Bruchteil von dessen Licht — oft weniger als 1 % — und das vollkommen periodisch. Genau diese Methode nutzte das Weltraumteleskop Kepler, das fast ein Jahrzehnt lang kontinuierlich die Helligkeit von mehr als 150.000 Sternen überwachte.

Die Radialgeschwindigkeitsmethode, mit der 1995 die allererste Entdeckung gelang, misst die winzige Hin- und Herbewegung eines Sterns, die von der Schwerkraft des ihn umkreisenden Planeten verursacht wird — ein winziger, aber im Spektrum des Sternenlichts messbarer Effekt. Seltener gelingt es der direkten Abbildung, einen Exoplaneten selbst zu fotografieren, indem das blendende Licht seines Sterns geblockt wird: So entstand das oben gezeigte Bild von HR 8799e, einem jungen Gasriesen, der noch von seiner Entstehung her warm ist.

Die habitable Zone

Ein wichtiger Teil der Exoplanetenforschung zielt darauf ab, Welten in der habitablen Zone ihres Sterns zu identifizieren — der Region, in der die Temperatur flüssiges Wasser an der Oberfläche erlauben würde: weder zu heiß, sodass es verdampft, noch zu kalt, sodass es vollständig gefriert. In dieser Zone zu liegen garantiert allerdings nichts: Selbst die Venus umkreist die Sonne noch am inneren Rand ihrer habitablen Zone, und ihre Atmosphäre hat sie zu einem der höllischsten Orte im Sonnensystem gemacht.

Das System TRAPPIST-1, ein nur 40 Lichtjahre entfernter Roter Zwergstern, zieht mit nicht weniger als sieben erdgroßen Planeten alle Aufmerksamkeit auf sich, von denen drei oder vier in seiner habitablen Zone liegen — ein einzigartiger Fall eines kompakten und dicht besiedelten Systems, das aktiv vom James-Webb-Teleskop untersucht wird, um die Atmosphären dieser Planeten zu charakterisieren.

Diese künstlerische Darstellung reiht die sieben Planeten von TRAPPIST-1 nach zunehmender Entfernung zu ihrem Stern auf — einem Roten Zwerg, kaum größer als Jupiter, aber weitaus massereicher. Alle sieben sind etwa so groß wie die Erde oder die Venus, eine an sich bemerkenswerte Tatsache, da Exoplaneten dieser Größe statistisch schwerer zu entdecken sind als Gasriesen — das System war nur deshalb aufspürbar, weil sein winziger, lichtschwacher Stern seinen Planeten erlaubt, bei jedem Transit einen deutlich größeren Anteil seines Lichts zu blockieren.

Da sie einem so schwachen Stern so nahe sind, umkreisen alle sieben Planeten ihn in deutlich kürzeren Abständen als Merkur die Sonne — manche vollenden ihr Jahr in nur 1,5 Erdtagen. Da die meisten Roten Zwerge zu heftigen Sternenausbrüchen neigen, ist eine zentrale Frage der laufenden Beobachtungen durch James Webb, ob diese Planeten angesichts eines solchen Strahlungsbombardements überhaupt eine Atmosphäre behalten konnten — eine Antwort, die bis heute unsicher bleibt, aber entscheidend ist, um ihre tatsächliche Bewohnbarkeit zu beurteilen.

Welten von unerwarteter Vielfalt

Die entdeckten Exoplaneten offenbaren eine Vielfalt, die kein Modell vor den ersten Beobachtungen vorausgesehen hatte. Die heißen Jupiter, Gasriesen, die ihren Stern in nur wenigen Tagen umkreisen, haben in unserem Sonnensystem kein Gegenstück. Die Super-Erden, massereicher als die Erde, aber kleiner als Neptun, bilden die häufigste Größenklasse in der Galaxie — obwohl sie um die Sonne vollständig fehlt. Manche Exoplaneten, etwa jene, die Neutronensterne umkreisen, überstehen derart extreme Strahlungsumgebungen, dass sie jede Möglichkeit von Leben infrage zu stellen scheinen.

Kepler-452b, als „Cousin der Erde" bezeichnet, umkreist in der habitablen Zone einen der Sonne sehr ähnlichen Stern, in einer Entfernung, die auf eine potenziell felsige Größe und Zusammensetzung hindeutet — allerdings ohne direkte Bestätigung, da der Planet für eine detaillierte Abbildung oder Charakterisierung mit den heutigen Instrumenten viel zu weit entfernt und zu klein ist.