Ein Sonnenschirm für die Suche nach einer Zweiten Erde
Internationales Team evaluiert Ansatz für die Beobachtung von erdähnlichen Exoplaneten mit Großteleskopen und einem Abschirmsatelliten.
Die Beobachtung von Exoplaneten bringt einige Herausforderungen mit sich. Insbesondere Planeten, die der Erde ähneln, sind sehr schwer zu untersuchen, da sie nur schwach leuchten und von ihrem zugehörigen Stern überstrahlt werden. Nun hat ein internationales Forschungsteam einen neuen Ansatz untersucht: Ein großes, erdbasiertes Teleskop soll mit einem im Weltraum kreisenden „Sonnenschirm“ kombiniert werden, der das Licht des Sterns gezielt ausblendet.
In der großangelegten Machbarkeitsstudie, an der unter anderem Michel Mayor und John Mather mitgewirkt haben, wurde mittels umfangreicher Berechnungen ein Ansatz entwickelt, um Exoplaneten auf lebensnotwendige Moleküle wie Wasser und Sauerstoff zu untersuchen. Die Schwierigkeiten dabei sind zahlreich: Neben der großen Entfernung solcher Planeten ist es vor allem die Tatsache, dass diese um ihren Mutterstern kreisen. „Selbst ein noch so großes Teleskop reicht nicht für die Beobachtung erdähnlicher Exoplaneten aus, denn diese leuchten selbst nur schwach und werden immer von ihrem Mutterstern überstrahlt“, erklärt Stefan Kimeswenger, Astrophysiker an der Universität Innsbruck und Mitautor der Studie.
Aus diesem Grund schlagen die Autor:innen der Studie eine Kombination von am Boden befindlichen Teleskopen mit einem um die Erde kreisenden Beschattungs-Satelliten vor. Hierbei ist Präzision gefragt: Nach den Berechnungen der Forschenden müsste dieser Abschirmkörper einen Durchmesser von 99 Metern haben und mit seinem Antrieb in einem Abstand von nahezu 200.000 Kilometern von der Erde für jedes Ziel mit einer Genauigkeit von zwei Metern an der passenden Position in der Sichtlinie platziert werden. Und: Ein solcher „Starshade“ muss die Form einer Blume mit rund dreißig spitzen Blütenblättern aufweisen. Kimeswenger erläutert: „Man kann nicht einfach eine kreisförmige Blende verwenden, denn dann wäre die Beugung des Lichts am Kreisrand fast genauso hell wie der Stern, den man eigentlich verdunkeln möchte.“ Mit einem Rand aus spitz zulaufenden Blütenblättern verteilen sich hingegen die Beugungseffekte in viele Richtungen und löschen sich zum großen Teil gegenseitig aus. Gemeinsam mit einem hochleistungsfähigen Teleskop, etwa dem Extremely Large Telescope, das derzeit in Chile gebaut wird, würde ein solcherart geformter Starshade dann zum „Hybrid Observatory for Earth-like Exoplanets“ (HOEE) kombiniert. Laut den Modellrechnungen könnte man mit diesem Setup genügend Licht einfangen, um Rückschlüsse auf die Beschaffenheit eines erdähnlichen Exoplaneten zu ziehen.
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Will man herausfinden, welche Atome und Moleküle in der Atmosphäre eines Himmelskörpers vorkommen, untersucht man das Spektrum des von diesem Himmelskörper ausgesandten Lichts. Auch bei der Suche nach erdähnlichen Exoplaneten kommt diese Methode zum Einsatz. Stefan Kimeswenger von der Universität Innsbruck zeigte in der aktuellen Studie, dass mit der vorgestellten Kombination aus Starshade und Teleskop eine spektroskopische Untersuchung eines Exoplanten auf Wasser und Sauerstoff theoretisch möglich wäre. Von zentraler Bedeutung ist hier die genaue Charakterisierung der Erdatmosphäre. „Die Erdatmosphäre enthält selbst Wasser und Sauerstoff, deshalb wird das Licht beim Eintritt in die Erdatmosphäre noch einmal genau in der Wellenlänge verändert, in der man eine Veränderung sucht“, schildert Kimeswenger. Schon vor einigen Jahren hat er deshalb gemeinsam mit anderen Wissenschaftler:innen ein Verfahren entwickelt, um die Einflüsse der Erdatmosphäre auf die Strahlung, die von einem astronomischen Objekt kommt, herauszurechnen.
Aufbauend auf der positiven Machbarkeitsanalyse will das Team nun einen strategischen Fahrplan für die mögliche Umsetzung erarbeiten. Voraussetzung dafür wären entsprechende Finanzierungsentscheidungen internationaler Raumfahrtagenturen wie ESA und NASA. In jedem Fall ist ein solches Vorhaben jedoch langfristig angelegt: Angesichts der üblichen Entwicklungs- und Planungszeiträume großer wissenschaftlicher Missionen wäre eine Realisierung frühestens ab etwa 2045 denkbar. „Projekte dieser Art erfordern einen langen Atem“, so Kimeswenger. „Unsere Arbeit zeigt, dass das Konzept grundsätzlich umsetzbar ist. Der nächste Schritt ist, die internationale Gemeinschaft dafür zu gewinnen.“ [U Innsbruck / dre]
Weitere Informationen
- Originalpublikation
A. Soliman, J. Mather, S. Shaklan, et al., The observation of Earth-like exoplanets with ground-based telescopes and a shared orbiting starshade, Nat. Astron. 10, 349–356, March 2026; DOI: 10.1038/s41550-026-02787-9 - „Hybrid Observatory for Earth-like Exoplanets“ (HOEE), J. Mather, 2022, final report: 2026, NASA Goddard Space Flight Center
- Stellar Astrophysics (Stefan Kimeswenger), Institut für Astro- und Teilchenphysik, Universität Innsbruck
