CARMENES, ein neuartiges astronomisches Messgerät, mit dessen Hilfe erdähnliche Planeten aufgespürt werden sollen, ist erfolgreich im Praxiseinsatz getestet worden. Nach fünfjährigen Vorarbeiten kam das hochkomplexe Instrument im November dieses Jahres am 3,5-Meter-Spiegelteleskop des Calar Alto Observatoriums nahe Almería in Südspanien zum Einsatz. Das Observatorium wird gemeinsam von der Max-Planck-Gesellschaft (MPG) und dem Spanischen Nationalen Forschungsrat (CSIC) betrieben. CARMENS wurde von einem großen internationalen Konsortium aus elf deutschen und spanischen Institutionen geplant und gebaut. Das Messgerät besteht aus zwei Spektrometern, die das sichtbare und infrarote Licht von astronomischen Objekten analysieren können und die beide für die Entdeckung von Planeten naher Sterne optimiert worden sind. Damit werden Beobachtungen mit CARMENES zu einem wichtigen Meilenstein für eines der spannendsten Gebiete der Weltraumforschung – der Suche nach einer zweiten Erde.
„Mit der Suche nach Planeten außerhalb unseres Sonnensystems wollen wir verstehen, wie und wo diese Himmelskörper entstanden sind und ob sie lebensfreundliche Bedingungen bieten. Inzwischen wurden schon etwa zweitausend von ihnen entdeckt. Allerdings sind die meisten von ihnen eher lebensfeindlich“, erläutert Prof. Dr. Andreas Quirrenbach vom Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, der Leiter des CARMENES-Projektes.
Vielversprechend sind dagegen Planeten, die um sogenannte M-Sterne kreisen. Dabei handelt es sich um kleinere und leuchtschwächere Sterne, die Planeten mit sternnahen Bahnen angenehme Temperaturen bieten. Und genau diese Planeten kann CARMENES entdecken.
„Weil M-Sterne viel kühler sind als die Sonne, senden sie ihr Licht hauptsächlich im nah-infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums aus. Daher haben wir einen Spektrographen gebaut, der für dieses Infrarotlicht empfindlich ist. Kein anderes Instrument ist derzeit dazu in der Lage“, ergänzt Dr. Pedro Amado, der für den Bau des Infrarot-Spektrographen verantwortliche spanische Projektleiter.
Außerdem ist die lange Lebensdauer dieser Sterne und ihrer Planeten eine notwendige Voraussetzung für eine langfristige biologische Evolution. Aufgrund der Bedeutung dieser Planetensuche hat das Observatorium 600 Beobachtungsnächte mit seinem größten Teleskop reserviert. „Fokussierte Projekte dieser Größe sind in der modernen Astronomie sehr selten“, sagt Dr. Jesus Aceituno, der stellvertretende Direktor des Observatoriums. „Mit CARMENES erhält der Calar Alto ein weltweit einmaliges Instrument und wird somit zu einem bedeutenden Zentrum für die Suche nach erdähnlichen Planeten.“
Der direkte Nachweis von Planeten auf Himmelsaufnahmen ist sehr schwierig, weil sie von ihren Muttersternen überstrahlt werden, die eine Milliarde Mal heller sind und zudem ganz nahe daneben stehen. Um Planeten aufzuspüren, macht sich die Wissenschaft daher die Wirkung der Schwerkraft zunutze, die ein Planet auf seinen Stern ausübt.
„Stern und Planet umkreisen sich wie Eiskunstläufer, die sich gegenseitig die Hände reichen und umeinander rotieren“, erklärt Dr. Ignasi Ribas, der für die Planung des Beobachtungsprogramms von CARMENES verantwortlich ist. „Ist aber einer der Läufer sehr klein und leicht, dann dreht sich der größere und schwerere fast genau um seine eigene Achse und bewegt sich nur noch wenig auf den Zuschauer zu oder von ihm weg.“
Im Falle von Sternen und Planeten ist der Massenunterschied so gewaltig, dass der Stern sich nur mit einer Fußgängergeschwindigkeit von wenigen Metern pro Sekunde bewegt, während die Geschwindigkeit des Planeten viele Kilometer pro Sekunde beträgt und sogar höher ist als die einer Saturn-V Mondrakete. Aber es ist die langsame Bewegung des Sterns, die durch die sogenannte Doppler-Verschiebung von dunklen Linien im Sternspektrum die Existenz des Planeten verrät. Diese periodische Änderung der beobachteten Spektralfarbe des Sterns wird durch die abwechselnde Bewegung des Stern auf den Beobachter zu und wieder von ihm weg verursacht. „Durch seine ausgeklügelte Technologie und extrem hohe Stabilität kann CARMENES diese kleinen Bewegungen messen“, sagt Dr. Walter Seifert, Astronom an der Landessternwarte Heidelberg und verantwortlich für die Konstruktion des visuellen Spektrographen.
„Durch die Kombination der Daten beider Spektrographen erhalten wir erheblich mehr Informationen als mit ähnlichen Vorgängerinstrumenten. Dies hilft uns, zwischen Flecken auf der Sternoberfläche einerseits und Bahnbewegungen der Sterne aufgrund der Anwesenheit von Planeten zu unterscheiden“, erläutert Prof. Ansgar Reiners von der Universität Göttingen, der detaillierte Berechnungen hierzu durchgeführt hat. „Wir hoffen deswegen, dass wir in den nächsten Jahren dutzende von Planeten entdecken werden, die möglicherweise dazu in der Lage sind, Leben zu beherbergen.“
Um dies zu ermöglichen, wurde CARMENES in den vergangenen Wochen eingehend getestet und optimiert. Das Team erwartet, schon am Neujahrstag 2016 die ersten wissenschaftlichen Daten aufnehmen zu können.
Ergänzende Informationen:
CARMENES – <link https: carmenes.caha.es>
Landessternwarte Königstuhl – <link http: www.lsw.uni-heidelberg.de>
Zentrum für Astronomie – <link http: www.zah.uni-heidelberg.de>
Kontakt:
Dr. Guido Thimm
Zentrum fur Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH)
Telefon (06221) 54-1805
<link>thimm@ari.uni-heidelberg.de
