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Kultur Astrophysiker ist sich sicher: Es gibt Außerirdische
Nachrichten Kultur Astrophysiker ist sich sicher: Es gibt Außerirdische
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19:02 21.07.2017
Darstellung von Kepler 16b Quelle: NASA
Potsdam

Als Experte für kosmische Magnetfelder hat AIP-Professor Klaus G. Strassmeier auch mit Exoplaneten zu tun. Im Interview erklärt er, welche aufregenden Entdeckungen noch auf uns warten könnten.

Das Weltraumteleskop „Kepler“ hat jüngst etwa 200 neue Exoplaneten entdeckt, zehn davon erdähnlich. Geht das jetzt munter so weiter oder steigt die Rate sogar exponentiell?

Die schiere Anzahl ist nicht mehr das, was den Astronomen hinterm Ofen hervorlockt. Am 1. Juli waren insgesamt 3621 Planeten bei 2712 Sternen bekannt, inklusive 611 Systeme mit mehreren Planeten. Etwa 1500 davon stammen von Kepler. Die Detektionsrate wird weiter zunehmen, nicht exponentiell, aber sehr stark. Zum Beispiel sind 3000 weitere Objekte noch nicht endgültig bestimmt. Das Gesichtsfeld von Kepler umfasst ungefähr 150000 Sterne. Es werden also noch viele weitere Entdeckungen alleine von Kepler kommen, obwohl dessen Mission bereits beendet ist. Wir nehmen all diese Exoplaneten wahr, wenn sie vor ihren Muttersternen vorüberziehen. Bei diesem sogenannten Transit können wir den Radius des Planeten feststellen. Bei Folgebeobachtungen mit Teleskopen am Boden können wir dann die Masse des Planeten bestimmen. Mit der Masse und dem Radius können wir die mittlere Dichte des Exoplaneten bestimmen und damit mit theoretischen Modellen vergleichen.

Zur Person

Klaus Strassmeier ist Direktor des Forschungsbereichs Kosmische Magnetfelder am Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP). Magnetismus ist eine Grundkraft in der Natur.

Der Professor und sein Team versuchen die Wechselwirkung von Magnetfeldern und Materie auf allen Dichten- und Zeitskalen zu verstehen. So entwickelt die Gruppe auch ein Verständnis von der Geschichte des Sonnensystems und des Weltalls.

Ist das alles, was wir erfahren können: Masse, Dichte, Radius?

Es gibt noch wesentlich mehr, nur ist das noch in den Babyschuhen. Im Kern geht es dabei um die Bestimmung der Zusammensetzung der Atmosphäre. Mit anderen Worten: Welche chemischen Elemente haben wir dort?

Man braucht nur das Licht eines Objekts

Wie ist das auf solche Entfernungen möglich?

Das ist entfernungsunabhängig. Sie brauchen nur Licht von dem Objekt. Das Problem ist dabei nur, das Licht des Planeten, der von seinem Mutterstern bestrahlt wird, vom reinen Licht dieses Sternes selbst zu trennen. Das ist technisch enorm aufwendig. Bislang geht das nur bei sehr großen Planeten und dann auch nur in besonderen Situationen. Jetzt soll das auch mit avancierter Technik auch bei kleineren Planeten gelingen. Die Hauptstoßrichtung ist, dass man die Transitmethode immer präziser macht. Der nächste Satellit wird Tess der NASA und Cheops der ESA sein. 2026 soll dann Plato, ein weiterer Satellit der ESA, starten. Plato wird den ganzen Himmel beobachten und hellere und schwächere Sterne untersuchen. Die Satelliten werden zeitlich immer weiter auseinander liegende Transits beobachten können. Dadurch stößt man in den Bereich, wo auch ein Planet wie die Erde zu entdecken wäre. Die hätte ja von außen beobachtet nur einmal in einem Jahr einen Transit an der Sonne vorbei.

Und wie wird dann die Atmosphäre dieser Planeten selbst erforscht?

Hier wird es um genauere Transmissionsspektroskopie gehen. Hat ein Planet eine Atmosphäre, deformiert er das Linienspektrum des dahinterliegenden Sternenlichts anders als ohne Atmosphäre. Wir suchen sozusagen nach den fehlenden Teilen im Spektrum. Diese Teile müssen von Molekülen in der dazwischen liegenden Planetenatmosphäre absorbiert worden sein. Die künftigen Detektion wird uns dadurch Aufschluss über die molekulare Zusammensetzung und damit die Lebensfreundlichkeit eines Planeten geben.

Wie geht das?

Zum einen mit größeren Teleskopen, zum anderen mit geringeren Fehlern, so dass störendes Rauschen kleiner wird, schließlich mit cleveren Ansätzen, so dass wir die verschiedenen Spektren, die die Planeten beim Vorüberziehen aussenden, besser ausnutzen. Ich kann Planeten zum Beispiel immer wieder beim Vorüberziehen beobachten und Algorithmen bilden, die dann das Licht des Planeten außerhalb des Transits vorhersagen. Damit kann das Licht des Muttersterns besser herausgerechnet und damit eliminiert werden. Ich würde sagen, in fünf Jahren könnte das schon so weit sein.

Hinweise auf Leben

Können wir auch Leben identifizieren?

Indirekt schon. Auf der Erde zum Beispiel kann Methan nur existieren wenn es immer wieder erzeugt wird, zum Beispiel durch die Verdauung bei Kühen. Methan wird unter irdischen Bedingungen, nämlich beim gleichzeitigen Vorhandensein von Sauerstoff und Ozon, eigentlich sofort gebunden. Da es trotzdem frei vorhanden ist, ist das ein Hinweis auf Leben. Mit Chlorophyll gibt es sogar einen ganz direkten Hinweis. Licht wird durch Chlorophyll ab einer Wellenlänge von 750 Nanometer mit bis zu 80 Prozent reflektiert, bei kürzeren Wellenlängen praktisch überhaupt nicht. Die Fähigkeit, rotes Licht zu reflektieren und blaues zu schlucken, macht bei Chlorophyll einen Sprung bei 750 Nanometer. Wir nennen das die „Vegetation Red Edge“, die „rote Vegetationskante“. Könnte ich also jemals bei einem Exoplaneten diesen Sprung beobachten, kann ich im Vergleich zum irdischen Spektrum feststellen, dass dort soundsoviel Prozent der Planetenoberfläche grüne Vegetation sein muss. Dafür brauchen wir aber die neue Generation von Teleskopen, zum Beispiel das extrem großen Teleskope ELT der ESO mit 39 Meter Spiegeldurchmesser, das derzeit von einem europäischen Konsortium in Chile gebaut wird.

Und wann werden sie funktionsfähig sein?

Wenn alles gut geht, haben wir 2025 erstes Licht – und Potsdam hat an der Entwicklung auch noch einen Anteil. Wir entwickeln für das ELT ein Polarimeter, das Biosignaturen, also Hinweise auf organisches Material feststellen kann. Wir wollen nämlich sogenannte zirkulare Polarisation von Exoplaneten detektieren. Zirkulare Polarisation entsteht, wenn Licht durch ein organisches Molekül mit ganz spezifischer Struktur geht. Dann wird die Schwingungsebene des Lichts gedreht. Dabei muss aber berücksichtig werden, dass das Licht vom Stern durch dessen Magnetfelder zum Teil schon zirkular polarisiert ist. Daher muss man bei sehr hoher spektraler Auflösung beobachten. Dazu muss der Stern wiederum relativ hell sein. Dieses Problem müssen wir in Potsdam erst noch lösen. Wenn dann aber dieses Licht durch die Atmosphäre eines Planeten geht und erneut zirkular polarisiert wird, dann ist das ein eindeutiges Zeichen für das Vorhandensein organischer Moleküle. Das muss aber noch kein Beweis für Leben sein. Noch gibt es aber für das Identifizieren zirkularer Polarisation einige technische Schwierigkeiten.

Wie weit sind erdähnlichen Planeten weg von uns?

Der nächste Stern mit einem erdähnlichen Planet ist Proxima Centauri mit einer Entfernung von 4,24 Lichtjahren. Sein Planet könnte aber eine ganz andere Dichte haben als die Erde, denn wir kennen seine Masse nicht. Proxima Centauri hat zudem sehr viele Flares, also durch sein Magnetfeld verursachte Explosionen auf der Oberfläche, und bombardiert den Planeten mit hochenergetischen Teilchen, so dass sich überhaupt keine organischen Moleküle bilden können. Die Planeten, die „Kepler“ bisher entdeckt hat, sind jedoch im Mittel so um die 500 bis 1000 Lichtjahre entfernt.

Die Geschichte des Sonnensystems

Was ist letztlich das Ziel dieser Forschung?

Zum Beispiel, ob unser Sonnensystem vom Aufbau her ein Unikat ist oder ob solche Sonnensysteme im Weltall üblich sind. Letztlich geht es um die Beantwortung der Schlüsselfrage: Wie ist unser Sonnensystem entstanden? Nach „Kepler“ wissen wir, dass etwa jeder sechste Stern mindestens einen erdähnlichen Planeten mit einer festen Oberfläche hat. Inzwischen vermuten wir, dass jeder Stern irgendeine Art von Planet hat. Für die Astronomie und ihre Theorien wäre es enorm schwierig, wenn wir einen sonnenähnlichen Stern fänden, der wirklich nachweislich keinen Planeten hat. Das wäre ein richtiger Knackpunkt für die Theorie der Stern- und Planetenentstehung. Man müsste exotische Vorstellungen anwenden, wie ein solcher Stern ohne planetarischen Begleiter entstehen konnte – oder wie er ihn losgeworden ist.

Aber sozusagen nebenbei könnten Sie auch auf Hinweise von Leben stoßen.

Bislang können wir so etwas natürlich nicht direkt nachweisen. In 100 Jahren aber ist es vielleicht Pipifax, mal wieder einen Planeten mit Leben zu entdecken. Exobiologen untersuchen zum Beispiel schon jetzt die Antarktis oder unterirdische Seen nach Leben aus der irdischen Vergangenheit. Sie haben jedenfalls schon immer gesagt, dass es eigentlich gar keine Möglichkeit gibt, irdisches Leben zu verhindern. Vielleicht sehen wir das Prinzip, dass Leben auf der Erde nicht zu vermeiden ist, auch im Universum verwirklicht.

Neue Hoffnung auf außerirdische Intelligenz

Gibt es gar die Hoffnung, andere Zivilisationen zu entdecken?

Ja. Ich habe neulich mal den Versuch gemacht, die berühmte Gleichung von Frank Drake über die Wahrscheinlichkeit von zur Kommunikation fähigen Zivilisationen in unserer Galaxis durchzurechnen. Die Gleichung besteht aus einem astronomischen Bereich, aus einem für die Biodiversität und aus einem der Soziologie. Für den astronomischen Bereich können wir inzwischen fast sagen: von dort kommt keine Unsicherheit mehr in dieser Gleichung. Wir kennen inzwischen ziemlich genau die Zahl der Sterne, wir können abschätzen, wie viele Sterne mit Planeten es gibt, wir können relativ gut errechnen, wie viele davon erdähnlich sind, nämlich 30 Prozent, allerdings nur, was ihren Radius anbelangt. Wir wissen, dass die Zahl der Planeten mit kommunikativem Leben in der Drake-Gleichung größer als 0 ist, denn es gibt ja die Erde, aber die Zahl ist kleiner als 10 Milliarden. Das ist die maximale Anzahl der Planeten in unserer Galaxie, der Milchstraße. Im Lichte unserer heutigen Erkenntnisse über Exoplaneten ist die pessimistischste Anzahl der Planeten mit kommunikativen Leben in dieser Gleichung etwa 50, die optimistischste etwa fünf Millionen. Es ist also seit der Aufstellung der Gleichung 1961 dramatisch wahrscheinlicher geworden, dass es Planeten mit kommunikativem Leben gibt. Ich kann heute mit bestem Gewissen sagen: Es muss noch andere Zivilisationen in der Galaxis geben. Die Wahrheit bei wissenschaftlichen Ergebnissen war in der Vergangenheit immer überwältigend. Das dürfte auch hier so sein.

Und in 200 Jahren ist es Pipifax mit diesen Kontakt aufzunehmen?

Das ist jetzt wieder eine Dimension weiter, denn wir haben die Lichtgeschwindigkeit als Grenze. Bislang jedenfalls empfangen wir eher, als dass wir senden. Das Projekt SETI versucht ja nach wie vor in den Radiofrequenzen künstliche Signale zu entdecken. Wenn wir tatsächlich so ein Signal empfangen würden, würde sich wohl die ganze astronomische Welt auf die Quelle am Himmel stürzen und den Stern mit der Quelle untersuchen. Soziologen sagen, wäre der Stern näher als 20 Lichtjahre, dann bestünde zumindest formal die Möglichkeit innerhalb eines Menschenlebens zu kommunizieren. Das hätte einen Einfluss auf die gesamte Zivilisation der Erde. Man würde zum Beispiel eine Sonde hinschicken wollen oder eine gigantische Sendestation für Lichtsignale bauen wollen. Das könnte so weit gehen, dass länderübergreifende Konsortien für ein Weltteleskop zur Kommunikation mit der fremden Intelligenz gebildet würden.

Sie glauben an die friedensbildende Wirkung dieser Entdeckung?

Absolut. Aber Soziologen sagen aufgrund ihrer Erfahrung was Anderes. Die sagen, die Entdecker würden versuchen die Entdeckung für sich zu monopolieren und andere auszuschließen. Wir würden also eher miteinander streiten und nicht zu einer Entmilitarisierung kommen. Und dann würde derjenige über die Botschaft entscheiden, der das größte Teleskop hat. Es wäre ein erneuter Rüstungswettlauf. Kein sehr optimistisches Szenario der Soziologie. Ähnlich pessimistische Szenarien gibt es auch für das Auffinden extraterrestrischer Artefakte. Manche meinen, die Finder würden es benutzen, um sich zum Herrscher der Erde aufzuschwingen.

Warum sind Sie optimistischer?

Ich als Wissenschaftler habe so viel mit Kollegen in der ganzen Welt zu tun, die alle gleich denken. Ich glaube nicht an die Szenarien der Hollywood-Filme, wo irgendein böser Wissenschaftler, der von einer korrupten Regierung finanziert wird, etwas durchdrückt. Sorge bereitet mir natürlich schon, dass die aktuelle amerikanische Regierung die NASA finanziell limitiert oder den Klimawandel und vieles andere mehr leugnet. Das sortiert natürlich Wissenschaftler aus. Gleichzeitig lädt der französische Präsident diese Leute nach Europa ein, was auch nicht die übliche Art ist. Trotzdem reden die Wissenschaftler ständig miteinander. Darum bin ich optimistisch. Ich glaube, am Ende kommen die Gescheiteren darauf, dass wir alle in einem Boot sitzen.

Folgen für die Menschheit

Was bedeutet es für Sie weltanschaulich, dass wir nicht alleine im Universum sind?

Wenn Sie auf einer Insel leben, verwundert es Sie, dass es auch auf anderen Inseln Leute gibt? Für einen Forscher wie mich wäre eine solche Entdeckung natürlich besonders erfreulich. Alles, was mich über die Front des bisherigen Wissens hinausführt, ist spannend. Es geht auch um Neugierde und die Befriedigung derselben. Natürlich haben wir mehr Freude, wenn wir etwas entdecken als wenn wir nichts entdecken.

Was würde die Entdeckung für unsere Zivilisation bedeuten?

Soziologen fragen zum Beispiel: Wollen wir Menschen von Außerirdischen entdeckt werden? Ihre Antwort lautet: Mit 100-prozentiger Sicherheit „Nein“, weil nach bisheriger menschlicher Erfahrung, und nur solche haben wir, jede überlegene Zivilisation die andere Zivilisation entweder vernichtet oder absorbiert hat. Deshalb meinen Soziologen, wenn die Begegnung auf der Erde stattfindet, ist das unser Ende, weil wir den Außerirdischen irgendwie im Weg sind. Diese Erfahrung muss aber nicht vollständig sein. Ich bin viel optimistischer. Ich glaube, dass der Mensch viel gescheiter und anpassungsfähiger ist, als es in solchen Szenarien durchklingt. Umgekehrt denke ich, dass das so auch bei möglichen Außerirdischen ist. Unser Universum ist 14 Milliarden Jahre alt. Theoretisch könnte es Zivilisationen der ersten Sternengeneration geben, die schon Milliarden Jahre alt sind. Wir selbst als Homo Sapiens sind nicht mal ganz 500000 Jahre alt, betreiben erst seit 13000 Jahren Ackerbau, haben seit 5000 Jahre die Schrift, Elektrizität seit 200 Jahren und erst seit 60 Jahren Raumfahrt. Für uns ist unvorstellbar, was eine Milliarden Jahre alte Zivilisation für Möglichkeiten hat. In dem Sinne sehe ich, was für ein Staubkörnchen wir Menschen eigentlich sind. Kleiner Alltagsärger wird vor diesem Horizont vollkommen irrelevant.

Alles, was wir also bisher über Exoplaneten wissen, gibt Ihnen das Gefühl, in einem sinnvollen Ganzen mit enormen Entwicklungsmöglichkeiten zu leben.

Das ist schön gesagt. Ich sehe auch, dass die Natur in einer gewissen Harmonie existiert, zu der übrigens auch die Auslöschung gehört, denn es ist immer ein Kommen und Gehen.

Warum teilen die meisten Menschen diesen wissenschaftlichen Optimismus nicht?

Die meisten teilen ihn wohl, die anderen nicht, weil sie es nicht wissen, weil die wirklichen Fakten nicht einfach zu vermitteln und noch schwieriger zu verstehen sind. Das Internet, um das sich heute alles dreht, ist zwar eine wunderbare Plattform, um Wissen zu verteilen, aber nicht um Wissen zu verstehen. Dazu müssen Sie immer noch jemandem zuhören, ein Buch lesen oder sich hinsetzen und nachdenken.

Von Rüdiger Braun

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