Auf der Suche nach außersolaren Planeten kann man Astronomen und Enthusiasten verzeihen, dass sie ein bisschen optimistisch sind. Ist es zu viel zu hoffen, dass wir eines Tages ein echtes Erdanalog finden, wenn wir Tausende von felsigen Planeten, Gasriesen und anderen Himmelskörpern entdecken? Nicht nur ein "erdähnlicher" Planet (was einen felsigen Körper vergleichbarer Größe impliziert), sondern eine tatsächliche Erde 2.0?
Dies war sicherlich eines der Ziele von Exoplanetenjägern, die in der Nähe befindliche Sternensysteme nach Planeten suchen, die nicht nur felsig sind, sondern auch innerhalb der bewohnbaren Zone ihres Sterns kreisen, Anzeichen einer Atmosphäre aufweisen und Wasser auf ihren Oberflächen haben. Laut einer neuen Studie von Alexey G. Butkevich - einem Astrophysiker vom Pulkovo-Observatorium in St. Petersburg, Russland - könnten unsere Versuche, die Erde 2.0 zu entdecken, durch die Erde selbst behindert werden!
Butkevichs Studie mit dem Titel "Astrometrische Exoplaneten-Detektierbarkeit und Erdorbitalbewegung" wurde kürzlich in der Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society. Für seine Studie untersuchte Dr. Butkevich, wie Änderungen in der eigenen Umlaufbahnposition der Erde es schwieriger machen könnten, Messungen der Bewegung eines Sterns um das Schwerpunktzentrum seines Systems durchzuführen.
Diese Methode der Exoplanetenerkennung, bei der die Bewegung eines Sterns um den Massenschwerpunkt des Sternensystems (Schwerpunkt) erfolgt, wird als astrometische Methode bezeichnet. Im Wesentlichen versuchen Astronomen festzustellen, ob das Vorhandensein von Gravitationsfeldern um einen Stern (d. H. Planeten) dazu führt, dass der Stern hin und her wackelt. Dies gilt sicherlich für das Sonnensystem, bei dem unsere Sonne durch das Ziehen aller ihrer Planeten um ein gemeinsames Zentrum hin und her gezogen wird.
In der Vergangenheit wurde diese Technik verwendet, um Doppelsterne mit einem hohen Maß an Präzision zu identifizieren. In den letzten Jahrzehnten wurde es als praktikable Methode für die Exoplanetenjagd angesehen. Dies ist keine leichte Aufgabe, da die Wackelbewegungen in den betreffenden Entfernungen nur schwer zu erkennen sind. Bis vor kurzem befand sich die Genauigkeit, die zur Erkennung dieser Verschiebungen erforderlich war, am äußersten Rand der Instrumentenempfindlichkeit.
Dies ändert sich schnell dank verbesserter Instrumente, die eine Genauigkeit bis zur Mikrosekunde ermöglichen. Ein gutes Beispiel dafür ist das Gaia-Raumschiff der ESA, das 2013 eingesetzt wurde, um die relativen Bewegungen von Milliarden von Sternen in unserer Galaxie zu katalogisieren und zu messen. Angesichts der Tatsache, dass es Messungen in 10 Mikrosekunden durchführen kann, wird angenommen, dass diese Mission astrometrische Messungen durchführen könnte, um Exoplaneten zu finden.
Aber wie Butkevich erklärte, gibt es andere Probleme, wenn es um diese Methode geht. „Das astrometrische Standardmodell basiert auf der Annahme, dass sich Sterne relativ zum Schwerpunkt des Sonnensystems gleichmäßig bewegen“, erklärt er. Bei der Untersuchung der Auswirkungen der Erdumlaufbahnbewegung auf die astrometrische Detektion besteht jedoch eine Korrelation zwischen der Erdumlaufbahn und der Position eines Sterns relativ zu seinem System-Schwerpunkt.
Anders ausgedrückt, Dr. Butkevich untersuchte, ob die Bewegung unseres Planeten um die Sonne und die Bewegung der Sonne um ihren Massenschwerpunkt einen aufhebenden Effekt auf Parallaxenmessungen anderer Sterne haben könnten. Dies würde Messungen der Bewegung eines Sterns, um festzustellen, ob Planeten ihn umkreisen, effektiv nutzlos machen. Oder wie Dr. Butkevich in seiner Studie feststellte:
„Aus einfachen geometrischen Überlegungen geht hervor, dass in solchen Systemen die Orbitalbewegung des Wirtssterns unter bestimmten Bedingungen beobachtungsmäßig nahe am parallaktischen Effekt liegen oder sogar nicht von diesem zu unterscheiden ist. Dies bedeutet, dass die Orbitalbewegung teilweise oder vollständig von den Parallaxenparametern absorbiert werden kann. “
Dies gilt insbesondere für Systeme, bei denen die Umlaufzeit eines Planeten ein Jahr betrug und die eine Umlaufbahn hatten, die ihn nahe an die Sonnenfinsternis brachte - d. H. Wie die Erdumlaufbahn! Im Grunde genommen wären Astronomen nicht in der Lage, die Erde 2.0 mithilfe astrometrischer Messungen zu erfassen, da die Erdumlaufbahn und das Wackeln der Sonne eine Erkennung nahezu unmöglich machen würden.
Wie Dr. Butkevich in seinen Schlussfolgerungen feststellt:
„Wir präsentieren eine Analyse der Auswirkungen der Erdorbitalbewegung auf die astrometrische Nachweisbarkeit exoplanetarer Systeme. Wir haben gezeigt, dass die Orbitalbewegung des Wirts durch den Parallaxenparameter ganz oder teilweise absorbiert werden kann, wenn die Periode eines Planeten nahe einem Jahr liegt und seine Orbitalebene nahezu parallel zur Ekliptik ist. Wenn eine vollständige Absorption auftritt, ist der Planet astrometrisch nicht nachweisbar. “
Glücklicherweise haben Exoplanetenjäger eine Vielzahl anderer Methoden zur Auswahl, einschließlich direkter und indirekter Messungen. Und wenn es darum geht, Planeten um benachbarte Sterne zu erkennen, sind zwei der effektivsten die Messung von Doppler-Verschiebungen in Sternen (auch bekannt als Radialgeschwindigkeitsmethode) und das Eintauchen in die Helligkeit eines Sterns (auch bekannt als Transitmethode).
Trotzdem leiden diese Methoden unter ihren eigenen Nachteilen, und die Kenntnis ihrer Grenzen ist der erste Schritt, um sie zu verfeinern. In dieser Hinsicht erinnert Dr. Butkevichs Studie an Heliozentrismus und Relativitätstheorie, wobei wir daran erinnert werden, dass unser eigener Bezugspunkt nicht im Raum festgelegt ist und unsere Beobachtungen beeinflussen kann.
Die Jagd nach Exoplaneten wird voraussichtlich auch stark vom Einsatz von Instrumenten der nächsten Generation wie dem James Webb-Weltraumteleskop, dem Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) und anderen profitieren.
