StD März, Februar 2014 Extrasolare Planeten nach Wikipedia, der freien Enzyklopädie Ein extrasolarer Planet, kurz Exoplanet, ist ein Planet außerhalb (griechisch.

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1 StD März, Februar 2014 Extrasolare Planeten nach Wikipedia, der freien Enzyklopädie Ein extrasolarer Planet, kurz Exoplanet, ist ein Planet außerhalb (griechisch ἔ ξω) des vorherrschenden gravitativen Einflusses der Sonne (lateinisch sol). Extrasolare Planeten gehören also nicht dem Sonnensystem an, sondern einem anderen Planetensystem und umkreisen nicht die Sonne, sondern einen anderen Stern. Exoplanet OGLE-2005-BLG-390Lb (künstlerische Darstellung des 2005 entdeckten Objekts, NASA) StD März, Februar 2014

2 Aufgrund der Messung von Änderungen der Radialgeschwindigkeit des Sterns γ Cephei wurde 1989 die erste Entdeckung eines Exoplaneten überhaupt bekannt gegeben. Allerdings wurden die Messergebnisse bzw. deren Deutung angezweifelt. Die Existenz des Planeten γ Cephei Ab wurde erst 2002 endgültig bestätigt. Die erste definitiv anerkannte Entdeckung von Planeten außerhalb des Sonnensystems erfolgte 1992. Sie umkreisen den selbst erst 1990 entdeckten Pulsar PSR 1257+12. Die erste definitive Entdeckung eines Exoplaneten in einem Orbit um einen Stern ähnlich der Sonne wurde 1995 gemacht: Der Planet 51 Pegasi b kreist um den ca. 40 Lichtjahre von der Erde entfernten Stern 51 Pegasi im Sternbild Pegasus. Entdeckung der ersten Exoplaneten StD März, Februar 2014

3 Falls die Umlaufbahn des Planeten so liegt, dass er aus Sicht der Erde genau vor dem Stern vorbeizieht, erzeugen diese Bedeckungen periodische Absenkungen in dessen Helligkeit. Sie lassen sich durch hochpräzise Helligkeitsmessungen des Sterns nachweisen, während der Exoplanet vor seinem Zentralstern vorübergeht. Indirekte Nachweismethoden Transitmethode, Durchgangsmethode oder Durchgangsbeobachtung Transit of exoplanet CoRoT- Exo-1b Durchgang eines Exoplaneten vor dem Zentralgestirn Durchgang der Venus vor der Sonne am 6.6.2012 Durchgang des Merkur vor der Sonne am 8.11.2006 StD März, Februar 2014

4 Stern und Planet bewegen sich unter dem Einfluss der Gravitation um ihren gemeinsamen Schwerpunkt. Falls man von der Erde aus nicht genau senkrecht auf diese Bahn schaut, hat diese periodische Bewegung des Sterns eine Komponente in Sichtrichtung (Radialgeschwindigkeit), die durch Beobachtung der abwechselnden Blauverschiebung und Rotverschiebung (Doppler-Effekt) in sehr genauen Spektren des Sterns nachgewiesen werden kann. Indirekte Nachweismethoden Radialgeschwindigkeitsmethode Schematische Darstellung der Bewegung des Zentralgestirns um den gemeinsamen Schwerpunkt. StD März, Februar 2014

5 Genaue Vermessung von Sternörter relativ zu ferneren Sternen. Die notwendige Genauigkeit soll in Zukunft z.B. durch Weltraumexperimente wie GAIA (Start 19.12.2013) erreicht werden Weitere Indirekte Nachweismethoden Astrometrische Methode Verstärkung des Lichts eines Hintergrundobjekts durch Gravitationslinsenwirkung eines Vordergrundobjekts. Ein erstes solches Ereignis wurde 2003 beobachtet. Gravitational microlensing-Methode Beruht auf der Beobachtung bereits bekannter Exoplaneten. Berechnung nach gestörter Planetenbahn Die Lichtlaufzeit-Methode beruht auf einem streng periodischen Signal von einem Zentralstern. Hinreichend genaue Signale kommen z.B. von Pulsarpulsen. Lichtlaufzeit-Methode

6 StD März, Februar 2014 Direkte Beobachtung Am 10. September 2004 gab das ESO bekannt, dass möglicherweise erstmals eine direkte Aufnahme eines Planeten beim 225 Lichtjahre entfernten Braunen Zwerg 2M1207 gelungen ist. Nachfolgemessungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop 2006 konnten dies bestätigen. 2M1207 und der Exoplanet 2M1207b (ESO/VLT)

7 StD März, Februar 2014 Direkte Beobachtung Der klarste direkte Nachweis wurde am 14. November 2008 veröffentlicht: Auf zwei Aufnahmen des Hubble-Weltraumteleskops aus den Jahren 2004 und 2006 ist der Planet Fomalhaut b zu erkennen, der eine Masse von etwa drei Jupitermassen hat, und der den Stern Fomalhaut in einer Entfernung von 113 AE umkreist. Fomalhaut ist 25 Lichtjahre von der Erde entfernt und besitzt die doppelte Masse der Sonne. Hubble- Aufnahme von Staubscheibe und Exoplanet (siehe Einblendung rechts unten) um den Stern Fomalhaut

8 StD März, Februar 2014 Direkte Beobachtung 2008 gaben Astronomen bekannt, dass es am Gemini North- Observatorium und am Keck-Observatorium gelungen sei, ein ganzes Planetensystem um den 130 Lichtjahre entfernten Stern HR 8799 im Sternbild Pegasus abzubilden. Beobachtungen mittels adaptiver Optik im infraroten Licht zeigten damals drei Planeten, deren Massen mit sieben bis zehn Jupitermassen angegeben werden. HR 8799 mit mittlerweile vier entdeckten Planeten

9 StD März, Februar 2014 Benennung Exoplaneten werden mit dem Namen bzw. der Katalogbezeichnung des Sterns sowie einem angehängten Kleinbuchstaben bezeichnet. Die Nummerierung erfolgt dabei in der Reihenfolge der Entdeckung, beginnend mit 'b'. Wo nötig wird zur eindeutigen Abgrenzung von den ihn umkreisenden Planeten der Stern oft mit einem angehängten Großbuchstaben 'A' gekennzeichnet. HR 8799 mit mittlerweile vier entdeckten Planeten

10 StD März, Februar 2014 Zahl der bekannten Exoplaneten Mit dem Stand vom 24. Januar 2014 sind 1074 extrasolare Planeten in 812 Systemen bekannt, darunter 178 Systeme mit zwei bis sieben Planeten sowie über 2000 Planetenkandidaten. Planetensysteme gelten heute in der unmittelbaren Umgebung der Sonne als sicher nachgewiesenes, allgemein verbreitetes Phänomen. Untersuchungen und Messungen des Institut astrophysique de Paris ergaben, dass im Durchschnitt jeder Stern der Milchstraße 1-2 Planeten hat.

11 StD März, Februar 2014 Kleine Exoplaneten In den vergangenen Jahren wurden zunehmend kleinere Exoplaneten entdeckt. Einer der bisher kleinsten Exoplaneten ist der 2007 entdeckte zweite Begleiter des Sterns Gliese 581 in einer Entfernung von 20,45 Lichtjahren. Seine Umlaufdauer bzw. Jahreslänge beträgt nur 13 Erdtage. CoRoT-7 b (2009) ist der erste zweifelsfrei nachgewiesene extrasolare Gesteinsplanet. Der nur 1,75 Erdradien große Planet besitzt die etwa 5-fache Masse der Erde. (Stand 2014) Die Oberflächentemperatur wird auf 0 bis 40 °C geschätzt. Der Planet hat schätzungsweise 1,5-fache Erdgröße und ist etwa fünfmal so schwer wie die Erde. Masse der bekannten Exoplaneten über dem Jahr ihrer Entdeckung

12 StD März, Februar 2014 Einschub Wilhelm Gliese (* 21. Juni 1915 in Goldberg i. Schlesien; † 12. Juni 1993 in Heidelberg) war ein deutscher Astronom. Er ist für den Catalogue of Nearby Stars bekannt. Eine erste Version dieses Katalogs mit Objekten bis zu 20 Parsec erschien 1957. Die Ausgabe von 1969 (mit über 2.000 Objekten) reichte bis 22 Parsec (ca. 71 Lichtjahre). Zusammen mit Hartmut Jahreiß wurde der Katalog 1991 bis 25 Parsec (ca. 81 Lichtjahre) erweitert. Er enthält jetzt fast 4000 Objekte. Diese Gliese-Kataloge wurden Grundlage für wesentliche weitere Untersuchungen von Sternen in der Nachbarschaft der Sonne. Wilhelm Gliese 1976

13 StD März, Februar 2014 Der Gasriese 2M1207 b wurde im Jahr 2004 im Orbit des Braunen Zwergs 2M1207 entdeckt und war der erste Exoplanet, der direkt auf optischem Wege wahrgenommen werden konnte und damit die Möglichkeit zu einer direkten spektroskopischen Untersuchung bietet. Exemplarische Exoplaneten 2M1207 b 2M1207 und der Exoplanet 2M1207b (ESO/VLT)

14 StD März, Februar 2014 55 Cancri e ist ein extrasolarer Planet, der die Komponente A des Doppelsternsystems 55 Cancri umkreist. Er ist der innerste Planet seines Planetensystems. Seine für einen Exoplaneten eher geringe Masse und die extreme Nähe zu einem Gestirn nähren Spekulationen, dass es sich um einen massiven terrestrischen Planeten handeln könnte, eine so genannte Supererde. Exemplarische Exoplaneten 55 Cancri e Die Erde im Vergleich mit 55 Cancri e Planetensystem von 55 Cancri A und das Sonnen- system

15 StD März, Februar 2014 Einschub: Die habitable Zone Die bisher betrachteten Exoplaneten waren nicht geeignet, Leben in unserem Sinne hervorzubringen – sie lagen nicht in der sogenannten habitablen Zone. Im Wesentlichen versteht man darunter den Bereich, in dem Wasser im flüssigen Zustand existieren kann. Dieser Bereich hängt primär von der Temperatur und Leuchtkraft des Sterns ab, um den der Planet kreist. Nur innerhalb eines bestimmten Abstandbereichs liegt der Wert der Energie, die der Planet empfängt, in einem Bereich, der über die daraus resultierende Oberflächentemperatur flüssiges Wasser erlaubt. Inneres Sonnensystem mit der geschätzten minimalen und maximalen Ausdehnung der für das Sonnensystem vorhergesagten habitablen Zone

16 StD März, Februar 2014 Gliese 1214 b war bei seiner Entdeckung im Jahr 2009 der erdähnlichste Exoplanet. Er ist rund 40 Lichtjahre von der Erde entfernt und umkreist den roten Zwerg Gliese 1214 im Sternbild Schlangenträger in 38 Stunden. Exemplarische Exoplaneten Gliese 1214 b Es gibt starke Hinweise darauf, dass Gliese 1214 b von einer relativ dicken Atmosphäre umgeben ist. Beobachtungen des Hubble-Teleskops haben ergeben, dass sich die Atmosphäre von Gliese 1214 b möglicherweise überwiegend aus Wasserdampf zusammensetzt. Es wird daher angenommen, dass der Planet selbst zu einem großen Teil aus Wasser besteht. Künstlerische Darstellung von Gliese 1214 b

17 StD März, Februar 2014 Kepler-62 ist ein Stern im Sternbild Leier, 1200 Lichtjahre von der Erde entfernt und wird von mindestens fünf Exoplaneten umkreist. Am 18. April 2013 wurde von Forschern des Kepler-Teleskops bekanntgegeben, dass der Stern fünf Planeten hat. Die äußersten beiden Planeten, Kepler-62e und Kepler-62f, könnten erdähnlich sein und Gestein sowie flüssiges Wasser auf ihrer Oberfläche haben. Exemplarische Exoplaneten Kepler-62 Vergleich der habitablen Zone des Kepler-62-Systems mit der unseres unseres Sonnensystems.

18 StD März, Februar 2014 Gliese 581 ist ein 20,5 Lichtjahre entfernter Stern im Sternbild Waage. Er besitzt vier Begleiter: Gliese 581 b, c, d und e. Zwei weitere werden vermutet. 2007 wurde von der Europäischen Südsternwarte (ESO) der zweite Planet Gliese 581 c entdeckt. Seine Umlaufdauer beträgt 13 Tage. Die Oberflächentemperatur wird auf 0 bis 40 °C geschätzt. Falls es dort Wasser geben sollte, könnte es flüssig sein. Exemplarische Exoplaneten Gliese 581 b, c, d, e und g 2009 gab die ESO bekannt, dass der bereits 2007 entdeckte Gliese 581 d in seinem Planetensystem innerhalb der habitablen Zone liegt und womöglich Ozeane mit flüssigem Wasser beherbergt. Somit sind Gliese 581 d und c interessante Forschungsobjekte bei der Suche nach außerirdischem Leben. Die vermutete Größe von Gliese 581c im Vergleich zur Erde und Neptun

19 StD März, Februar 2014 Kepler-452b Die Entdeckung von Kepler-452b wurde am 23. Juli 2015 bekanntgegeben. Kepler-452b ist wahrscheinlich ein Gesteinsplanet und befindet sich in der habitablen Zone seines Planetensystems – also in dem Bereich, in dem die Existenz von flüssigem Wasser und somit Leben, vergleichbar mit dem auf der Erde, möglich ist. Sein Stern im Sternbild Schwan ist etwa 1400 Lichtjahre von der Sonne entfernt und ähnelt ihr stark. Er ist nur 10 % größer und etwas heller als diese. Das System ist mit 6 Milliarden Jahren etwa 1,5 Milliarden Jahre älter als das Sonnensystem. Kepler- 452b hat einen um 60 % größeren Durchmesser als die Erde – folglich herrscht dort in etwa die doppelte Schwerkraft. Seine Umlaufzeit beträgt 385 Erdentage. Orbit von Kepler-452b im Kepler-452-System, im Vergleich mit dem inneren Sonnensystem und dem Kepler-186-System sowie deren habitable Zonen Größenvergleich zwischen Erde und Kepler 452b (künstlerische Darstellung) Exemplarische Exoplaneten (Nachtrag 2015)

20 StD März, Februar 2014 Außerirdisches Leben?

21 StD März, Februar 2014 Im Jahr 1996 wurden im Marsmeteoriten ALH 84001 (gefunden 1984 in der Antarktis) Strukturen entdeckt, die von einigen Wissenschaftlern als Spuren von fossilen Bakterien gedeutet wurden. Außerirdisches Leben Marsmetoriten Ein Einwand besteht darin, dass diese Strukturen auch Artefakte der benutzten Aufnahmetechnik sein könnten. Zudem liegt die Größe der Strukturen nur im Bereich von einigen Nanometer, also viel kleiner als gewöhnliche irdische Bakterien. Elektronenmikroskopaufnahme des Marsmeteoriten ALH84001. Ob die längliche Form das Überbleibsel eines Bakteriums ist, ob es also zumindest primitives Leben auf dem Mars gegeben hat wird bis heute kontrovers diskutiert (vorsichtig ausgedrückt).

22 StD März, Februar 2014 Für die Existenz von Leben außerhalb der Erde wird insbesondere die Tatsache angeführt, dass es allein in der Milchstraße zwischen 200 und 400 Milliarden Sterne gibt und diese wiederum nur eine von mehr als 100 Milliarden Galaxien ist. Außerirdisches Leben Existenzwahrscheinlichkeit von intelligentem Leben Wenn man die Betrachtung auf intelligentes Leben einengt, ist zu berücksichtigen, dass es unbekannt ist, ob das Leben durch die Evolution zwangsläufig früher oder später intelligente Lebensformen hervorbringt, oder ob es nur in seltenen Fällen dazu kommt. Auch können intelligente Lebensformen wieder aussterben, so dass ihr durch- schnittliches Zeitfenster möglicherweise nur sehr kurz ist. Bewohner des Hundssterns nach einer Erzählung von Münchhausen, 1793

23 StD März, Februar 2014 Die Drake-Gleichung (1961) dient zur Abschätzung der Anzahl der technischen, intelligenten Zivilisationen in unserer Galaxie, der Milchstraße. Die Formel wird häufig bei Überlegungen in Bezug auf die Suche nach extraterrestrischem Leben herangezogen. Die meisten Faktoren der Gleichung sind unbekannt. Außerirdisches Leben Existenzwahrscheinlichkeit von intelligentem Leben – Drake-Gleichung N:mögliche Anzahl der außerirdischen Zivilisationen in der Galaxis R * :mittlere Sternentstehungsrate pro Jahr in unserer Galaxie f p :Anteil an Sternen mit Planetensystem n e :Anzahl der Planeten in der Ökosphäre f l :Anteil an Planeten mit Leben f i :Anteil an Planeten mit intelligentem Leben f c :Anteil an Planeten mit Interesse an interstellarer Kommunikation L:Lebensdauer einer technischen Zivilisation in Jahren Dr. Frank Drake N = R * · f p · n e · f l · f i · f c · L

24 StD März, Februar 2014 Außerirdisches Leben Existenzwahrscheinlichkeit von intelligentem Leben – Drake-Gleichung »The problem, of course, is that none of the terms can be known, and most cannot even be estimated. The only way to work the equation is to fill in with guesses. [...] As a result, the Drake equation can have any value from "billions and billions" to zero. An expression that can mean anything, means nothing. Speaking precisely, the Drake equation is literally meaningless...« Michael Crichton, Caltech, 2003 »Das Problem liegt natürlich darin, dass keiner der Terme bekannt ist. Die meisten können nicht einmal geschätzt werden. Der einzige Weg, mit der Gleichung zu arbeiten, besteht darin, Werte zu raten. [...] Daher kann die Drake-Gleichung jeden Wert von Abermilliarden bis Null liefern. Ein Ausdruck, der alles bedeuten kann, bedeutet gar nichts. Genau genommen ist die Drake- Gleichung buchstäblich sinnlos...« Michael Crichton, Caltech, 2003

25 StD März, Februar 2014 Die beiden interstellaren Raumsonden Pioneer 10 und 11 (Start 1972) tragen goldene Tafeln in der Hoffnung, dass sie von außerirdischen Lebensformen gefunden werden könnten. Auch die Raumsonden Voyager 1 und 2 (Start 1977) tragen goldene Datenplatten über die Erde und die Menschheit mit sich, die für außerirdische Zivilisationen vermutlich lesbar wären. Außerirdisches Leben Kontaktaufnahme Pioneer- Plakette Voyager Golden Record

26 StD März, Februar 2014 1974 wurde von der Erde aus eine Botschaft von der Erde an mögliche Außerirdische in Form eines Radiowellen-Signals ausgestrahlt, die sogenannte Arecibo-Botschaft. Außerirdisches Leben Kontaktaufnahme Die Arecibo-Botschaft (mit farblichen Hervor- hebungen) 1679 Bit (= 23x73 - Zwei Primzahlen) Abschnitte: - Zahlen - chemische Elemente - Nukleotide - Struktur der DNS - Menschheit - Planet Erde - Teleskop/Sender Arecibo- Observatorium

27 StD März, Februar 2014 Am 30. September 2006 strahlte der Kultursender arte die Sendung CosmicConnexion auch per Spezialantenne in Richtung des Sterns Errai (γ Cephei). In der 160-minütigen Sendung wird den erhofften Aliens der Mensch und sein Alltag gezeigt. Die Sendung wird γ Cephei im Jahre 2051 erreichen. Eine mögliche Antwort der Aliens würde frühestens 2096 auf der Erde eintreffen. Außerirdisches Leben Kontaktaufnahme Abb.: Blick nach Norden an einem Abend im Frühjahr Errai (γ Cephei) im Sternbild Kepheus ist ca. 45 Lichtjahre von der Erde entfernt. Es wird spekuliert, dass im System Bedingungen herrschen könnten, welche die Entwicklung von Leben ermöglichen. StD März, Januar 2014

28 StD März, Februar 2014 Das Wow!-Signal war ein Radiosignal, das der Astrophysiker Jerry R. Ehman im Rahmen eines SETI-Projekts am Big Ear- Radioteleskop der Ohio State University am 15. August 1977 aus Richtung des Sternbildes Schütze aufzeichnete. Das Signal war signifikant stärker als das Hintergrundrauschen. Es wurde 72 Sekunden lang gemessen und wiederholte sich offenbar nicht. Alle späteren Nachforschungen konnten es nicht mehr ausfindig machen. Die Ursache des Signals ist bis heute nicht geklärt. Außerirdisches Leben Das WOW! Signal Scan des namensgebenden Dokuments von Jerry R. Ehman Verlauf der Empfangsstärke

29 StD März, Februar 2014 ENDE