Bald mehr Fotos von Planeten?

Gute Neuigkeiten fuer Exoplaneten-Forscher: An einem der vier 8-Meter Teleskope des Very Large Telescopes (VLT) in Chile hat ein neues Instrument „first light“ gehabt. „First light“ bedeutet, dass nach vielen Jahren der Entwicklung, des Baus und Testens des Instruments nun zum ersten Mal wirklich vom Teleskop aufgenommene Photonen mit dem neuen Instrument detektiert wurden. Das neue Instrument heisst „SPHERE“ was fuer „Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch instrument“ steht. Zum ersten Mal ist damit ein Instrument am VLT installiert, das als Hauptziel das direkte Abbilden von Exoplaneten hat, die um nahgelegene Sterne kreisen. Das Hauptproblem dabei ist, dass die Planeten viele Größenordnungen lichtschwächer sind als ihre Sterne und dass, von der Erde aus betrachtet, die Planeten extrem nah an diesen Sternen scheinen. Das bedeutet, dass man eine Kamera haben muss, die in der Lage ist, einen extrem schwachen Lichtpunkt neben einem extrem hellen Lichtpunkt aufzunehmen. SPHERE ist für diese Aufgabe optimiert, wobei das Herzstück des Instruments die extreme „Adaptive Optik“ ist. Diese Technik sorgt dafür, dass Bildstörungen, die von Luftturbulenzen in unserer Erdatmosphäre erzeugt werden, zum grossen Teil ausgeglichen werden können. Zwar gibt es diese Technik schon lange – auch am VLT-, doch SPHERE ist nun mit einem System ausgestattet, dass den bisherigen in Sachen Geschwindigkeit und Genauigkeit weit überlegen ist.

Was wird SPHERE nun finden? SPHERE beobachtet im Optischen und im nahen Infrarot bei Wellenlängen zwischen 0,4 und 2,3 Mikrometern. Neben Bilden kann SPHERE auch Spektren bei diesen Wellenlängen aufnehmen und so mehr über die Zusammensetzung der Atmosphären der beobachteten Objekte herausfinden. Das Licht, das SPHERE von den Planeten detektieren wird, ist in der Regel Wärmestrahlung, die die Planeten abgeben, und nicht reflektiertes Licht von den Sternen. Nur in einem bestimmten Beobachtungsmodus kann SPHERE nach reflektiertem Licht von grossen Planeten suchen, die sich in unmittelbarer Umgebung der Sonne befinden (innerhalb weniger Lichtjahre) – falls es dort solche Planeten gibt. Das Hauptziel von SPHERE sind jedoch junge (und somit noch relativ warme) Gasriesen mit einer typischen Masse von einigen Jupitermassen, die ihre Sterne zwischen 10 und 50 AU umkreisen. Man weiss zwar, dass es diese Planeten bei weitem nicht so häufig gibt, wie kleine, erdähnliche Planeten, doch wie viele Sterne wirklich von Gasriesen mit langen Umlaufperioden umkreist werden, ist noch weitgehend unbekannt. Allerdings gibt es schon einige schöne Beispiele fuer solche Systeme, z.B. beta Pictoris b, HD95086 b, oder das 4-Planeten System um HR8799.

Was das direkte Abbilden von erdähnliche Planeten angeht, so muessen wir leider noch einige Jahre warten. SPHERE kann das nicht leisten, vor allem auch weil fuer dieses Ziel ein 8-Meter Teleskop einfach zu klein ist. Erste Abschätzungen haben gezeigt, dass Beobachtungen bei Wellenlängen zwischen 3 und 10 Mikrometern vom 39-Meter European Extremely Large Telescope (E-ELT) eventuell die Chance haben, Planeten von der Groesse der Erde bei den nächstgelegenen Sternen zu entdecken. Bis dahin dürften allerdings noch 10-15 Jahren vergehen. Aber wenn es dann soweit ist, wird es sicherlich spannend sein, die Planetensysteme in unserer unmittelbarem Nachbarschaft genauer zu untersuchen…

In der Zwischenzeit freue ich mich sehr, dass SPHERE gut zu funktionieren scheint, da ich selber genau in diesem Bereich – dem direkten Abbilden von Planeten – forsche. Mal sehen, wann SPHERE die erste neue Entdeckung macht…

PS: Mehr Informationen zu SPHERE und erste Bilder (u.a. vom Saturnmond Titan) sind hier zu finden.

Sascha P. Quanz

Veröffentlicht von

Nach dem Studium der Physik in Heidelberg promovierte Sascha Quanz am Max-Planck-Institut fuer Astronomie. Im Anschluss daran arbeitete er 2 Jahre in einer internationalen Unternehmensberatung, bevor seine Wissenschaftskarriere in der Schweiz fortsetzte. Seit 2009 forscht er an der ETH Zürich über Extrasolare Planeten und ihre Entstehung.

5 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Nur in einem bestimmten Beobachtungsmodus kann SPHERE nach reflektiertem Licht von grossen Planeten suchen, die sich in unmittelbarer Umgebung der Sonne befinden (innerhalb weniger Lichtjahre) – falls es dort solche Planeten gibt.

    Sehr interessant, so etwas ist also schon denkbar und möglich. Wo zu suchen ist, weiß man immerhin, gell.
    MFG
    Dr. W

  2. SPHERE= Adaptive Optik + Koronograph + Differentielle Bildgebung
    was schon der Name SPHERE = Spectro-Polarimetric High contrast Exoplanet REsearch
    andeutet.

    Wie dieser Artikel hervorhebt, ist es vor allem die stark gegenüber dem bisherigen verbesserte adaptive Optik, welche den Unterschied ausmacht. Wirklich erstaunlich, dass es heute gelingt, einen so grossen Primärspiegel wie den des Very Large Telescopes an jedem Punkt viele dutzend Male pro Sekunde so zu verformen, dass die optischen Verzerrungen durch Luftturbulenzen der Atmosphäre ausgeglichen werden.

    Seit ich immer wieder Artikel über die Entwicklung der Beobachtungstechniken lese, staune ich vor allem über die stetige Verbesserung der Technologien. Erste Versuche mit adaptiver Optik gab es in den 1970er Jahren und jetzt sind wir mit SAXO, dem extrem adaptiven optischen System für SHERE bei quasi-Perfektion angekommen.
    Eine weitere unverzichtbare Komponente von SPHERE ist ein Koronograf, also eine Vorrichtung („Maske“) um das Zentralgestirn des zu beobachtenden Exoplaneten zu blockieren. Was so simpel tönt, kann recht anspruchsvoll sein, wenn es gilt, nicht das Licht unserer Sonne (ursprüngliche Verwendung von Koronografen), sondern das Licht eines Sterns zu blockieren. SPHERE benutzt einen Apodizing Phase Plate Coronagraph, der 1930 von Lyot erfunden wurde um die äussere Sonnenatmosphäre untersuchen zu können. Doch die moderne Version, die in SPHERE zum Einsatz kommt, ist hochgradig ausgeklügelt verglichen mit der simplen Version von Lyot.
    Die differentielle Bildgebung als dritte Komponente von SPHERE nutzt Polarisations- und Spektralunterschiede zwischen dem Licht das vom Planeten und das vom Stern kommt um den Kontrast zu erhöhen.

    SPHERE scheint eine schon fast perfekte Technologie zu sein um Exoplaneten direkt zu beobachten. Doch die nächste Version von SPHERE für einen noch grösseren Primärspiegel als den des VLT wird wohl noch besser sein.

    Denn die Astronomen und Instrumentenbauer ruhen nicht.

  3. Leistungsstarke Laser mit adaptiver Optik werden Satelliten abschiessen können, liest man in der Wikipedia. Und noch besser: Brillengläser mit adaptiver Optik sollen den Adlerblick ermöglichen. Fortschritte in der Optik haben unser Weltbild verändert, sie haben aber auch Technologien begründet, die unseren Alltag verändern. Eigentlich nicht verwunderlich, sind unsere Augen doch das wichtigste Sinnesorgan und ist Licht doch eine Möglichkeit, fast beliebige Distanzen zu überwinden.

  4. Pingback: Taufen Sie einen Planeten! » Land der Erfinder - Das Blogzine über Erfindungen, Ideen und Innovationen aus Österreich

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