Rechteck statt Kreis: So lassen sich Sterne einfacher identifizieren

Die Suche nach außerirdischem Leben beginnt mit dem Verständnis unserer Heimat. Die Erde ist bislang der einzige Planet, auf dem Leben nachgewiesen wurde. Ihr chemisches Gleichgewicht hängt stark vom Vorkommen flüssigen Wassers ab. Während einfache Lebensformen fast von Anfang an präsent waren, dauerte es Millionen Jahre, bis komplexere Organismen entstanden. Der Mensch ist, gemessen am Alter der Erde, erst seit kurzer Zeit Teil dieser Geschichte. Die Forschung geht davon aus, dass sie auf Planeten, auf denen flüssiges Wasser existiert, häufiger Lebewesen antreffen könnte. Doch dies zu ergründen ist nicht ganz einfach.

Die größte Herausforderung für Forschende, die Sterne und Planeten identifizieren möchten, sind die enormen Entfernungen im Kosmos. Lichtgeschwindigkeit setzt klare Limits bei der Erforschung lebensfreundlicher Sterne – selbst Raumsonden können in einem Menschenleben nur Himmelskörper aus der näheren Umgebung besuchen. Für potenzielles mehrzelliges Leben kommen Sterne infrage, deren Größe und Temperatur an die Sonne erinnern, denn nur sie bieten stabile Atmosphären. So sind die etwa 60 sonnenähnlichen Sterne in einem Radius von 30 Lichtjahren besonders interessant, zumal die begleitenden Planeten ähnliche Voraussetzungen wie die Erde erfüllen könnten.

Sterne mit dem Teleskop identifizieren: Ein Problem der Optik

Die Beobachtung erdähnlicher Planeten in Nachbarschaft zu hellen Sternen ist ein Balanceakt. Das liegt vor allem daran, dass der Stern millionenfach heller strahlt als der Planet. Das hat zur Folge, dass es auf dem Teleskopbild aussieht, als gingen beide ineinander über. Nun liegt der Optik eine spezielle Theorie zugrunde. Sie besagt: Die bestmögliche Auflösung der Teleskopbilder hängt von der Größe des Teleskops und der Wellenlänge des beobachteten Lichts ab. Planeten mit flüssigem Wasser geben in der Regel das meiste Licht bei Wellenlängen um zehn Mikrometer ab. Zugleich muss ein Teleskop Licht über eine Entfernung von Minimum 20 Metern sammeln, damit eine adäquate Auflösung erreicht wird. Hinzu kommt noch: Das Teleskop muss sich im Weltraum befinden, denn ein Blick durch die Erdatmosphäre könnte das Bild zu stark verwischen.

Das weltweit größte Weltraumteleskop, das James Webb Space Telescope (JWST), ist im Durchmesser 6,5 Meter groß und damit eigentlich schon zu klein. Um die technischen Hürden zu überbrücken, erwägen Forschende nun verschiedene Ansätze. Eine Möglichkeit ist der Einsatz mehrerer kleiner Teleskope, die im All eine präzise Formation bilden, sodass sie wie ein großes Instrument wirken. Doch die nötige Präzision ist bislang nicht erreichbar. Alternativ könnte Licht mit kürzerer Wellenlänge genutzt werden, aber bei sichtbarem Licht ist der Kontrast zwischen Stern und Planet sogar noch extremer – hier ist der Stern zehn Milliarden Mal heller als die Erde, und das Überstrahlen des Sternenlichts macht den Planeten unsichtbar.

Neuartige Lösung: Rechteckiger Spiegel am Teleskop

In einem aktuellen Artikel schlägt Heidi Newberg, Astrophysikerin am Rensselaer Polytechnic Institute in den USA, eine praktikablere Alternative vor, um Sterne via Teleskop identifizieren zu können. Statt auf einen kreisförmigen Spiegel zu setzen, wie beim JWST, wird ein rechteckiger Spiegel verwendet und ebenfalls im Infrarotbereich (10 Mikrometer) betrieben. Das Rechteck misst einen Meter mal 20. Diese Konstruktion erlaubt es, das Licht eines Sterns in einer Richtung gezielt zu trennen und so Exoplaneten deutlich besser zu erkennen. Wird der rechteckige Spiegel gedreht, können Planeten an verschiedenen Positionen rund um einen Stern aufgespürt werden – die Hälfte aller erdähnlichen Planeten in einem Umkreis von 30 Lichtjahren ließe sich in weniger als drei Jahren erfassen.

Obwohl dieser Teleskoptyp noch weiterentwickelt werden muss, bringt er wesentliche Vorteile mit sich: Im Gegensatz zu anderen Konzepten ist die Technologie bereits jetzt weitgehend einsatzbereit und erfordert keine grundlegenden Durchbrüche bei Materialien oder Steuerung. Der Vorschlag ermöglicht es, etwa 30 potenziell interessante Planeten zu entdecken – vorausgesetzt, sie existieren und umkreisen sonnenähnliche Sterne in notwendiger Nähe. Diese neue Herangehensweise könnte den entscheidenden Schritt liefern, um unseren „Schwesterplaneten“ Erde 2.0 mithilfe eines neuen Teleskops tatsächlich zu entdecken.