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Pandora: Auf der Suche nach Exomonden

Ob Pandora aus dem Film "Avatar" oder Endor aus der "Star Wars"-Reihe: In der Science-Fiction kommen immer wieder lebensfreundliche, bewohnte Monde um fremde Planeten vor. Doch wie sieht es mit solchen Exomonden in der Realität aus? Bisher haben Astronomen erst zwei Mondkandidaten um extrasolare Planeten aufgespürt. Dennoch sind sie sicher, dass es dort draußen noch viele weitere gibt. Aber wo verstecken sich diese Monde? Und warum sind sie so schwer zu finden?
NPO, 24.06.2022
Symbolbild Exomond

NASA/ESA, L. Hustak

In unserem Sonnensystem gibt es mehr als 20 Monde – nur die innersten Planeten Merkur und Venus haben keine eigenen Trabanten. Insofern ist es kein Wunder, dass auch Science-Fiction-Autoren schon vor Jahrzehnten von Monden um extrasolare Planeten träumten. In ihren Geschichten sind diese Exomonde oft lebensfreundliche Welten, die um Supererden oder große Gasplaneten kreisen und intelligenten Bewohnern eine Heimat bieten.

Aber auch unter Astronomen gilt es als nahezu sicher, dass viele Exoplaneten Trabanten besitzen: „Angesichts der großen Zahl von Monden in unserem Sonnensystem ist es naheliegend anzunehmen, dass es auch Exomonde um einige Exoplaneten gibt – wir müssen sie nur finden“, sagt David Kipping von der Columbia University in New York. Genau das aber ist ziemlich schwierig.

Wenn ein Exoplanet zusammen mit einem Trabanten vor seinem Stern vorbeizieht, kann die Lichtkurve des Transits dies durch eine zweite kleinere Delle verraten.

NASA / Dan Durda

Zwei Exomonde sind bisher entdeckt

Obwohl bisher schon mehr als 5.000 Exoplaneten bekannt sind, wurden erst zwei halbwegs etablierte Exomond-Kandidaten entdeckt. 2018 spürten Kipping und sein Team den ersten Mond um einen rund 8.000 Lichtjahre entfernten Gasriesen auf. Der Kepler-1625b-i getaufte Exomond ist kein steiniger Trabant wie unser Erdmond, sondern sehr viel größer und gasreicher – er könnte eher dem Planeten Neptun ähneln. „Er ist daher vermutlich für Leben, wie es kennen, eher ungeeignet“, sagt Kipping.

Den zweiten Exomond entdeckten Kipping und sein Team in einem Planetensystem, das rund 5.500 Lichtjahre von uns entfernt liegt. Dort umkreist der Mond ebenfalls einen jupitergroßen Gasplaneten – und auch er ist deutlich größer und massereicher als die aus unserem Sonnensystem bekannten Monde. Nach Schätzungen der Astronomen ist der Exomond Kepler-1708b-i gut zweieinhalb mal so groß wie die Erde und ähnelt einem gasreichen Mini-Neptun.

Es ist wahrscheinlich kein Zufall, dass auch der zweite Exomond-Kandidat Kepler-1708b-i um einen großen, weit vom Stern entfernten Planeten kreist.

Helena Valenzuela Widerström / Columbia University

Wie fahndet man nach einem Exomond?

Doch warum sind diese ersten bekannte Exomonde solche Riesen? Der Grund dafür liegt wahrscheinlich in der Art, wie Astronomen nach diesen Monde suchen. Weil Exoplaneten und ihre Monde zu klein, zu weit entfernt und zu  stark von ihren Sternen überstrahlt sind, um direkt sichtbar zu sein, müssen Astronomen auf indirekte Methoden zurückgreifen. Diese funktionieren jedoch vor allem dann gut, wenn der Mond sehr groß oder sehr nah an seinem Stern steht.

Bei der ersten Methode fahnden Astronomen nach den winzigen Taumelbewegungen, die die Schwerkraft eines Mondes bei seinem Planeten und beim Zentralstern verursacht. Diese Schwankungen des Sterns verursachen leichte Verschiebungen im Spektrum seines Lichts, die mit speziellen Instrumenten an leistungsstarken Teleskopen nachgewiesen werden können – theoretisch. Bisher allerdings wurden mithilfe dieser "Radialgeschwindigkeit" zwar viele Exoplaneten entdeckt, aber noch nie ein Exomond. Denn sein Signal ist zu schwach, um es mit aktuellen Instrumenten eindeutig zu identifizieren.

Bessere Chancen bietet dagegen die Transitmethode: Bei ihr suchen Astronomen nach dem schwachen Abdimmen des Sternenlichts, das die Passage eines umkreisenden Planeten direkt vor seinem Stern verursacht. Dieser Transit zeigt sich in einer regelmäßig auftretenden Senke in der Lichtkurve. Wenn ein Exoplanet einen Mond besitzt und dieser beim Vorbeiziehen vor dem Stern günstig steht, dann erzeugt der Exomond eine zweite, kleiner Delle direkt neben der großen Senke des Planeten. Eine solche "Monddelle" zeigte sich 2018 beim Exomond Kepler-1625b-i.

Selbst wenn der Exomond beim Transit nicht neben seinem Planeten steht, kann er sich verraten: Weil die Schwerkraft des Mondes am Planeten zieht, verlangsamt oder beschleunigt sich dessen Bewegung etwas. Das macht die eigentlich regelmäßigen Senken in der Lichtkurve leicht unregelmäßig. Auch bei der Erde tritt dieser Effekt auf. „Wenn eine extraterrestrische Zivilisation den Transit von Erde und Mond vor der Sonne beobachten würde, sähen sie ähnliche Anomalien in den Transitzeiten der Erde“, erklärt Kipping. Diese Anomalien halfen ihm und seinem Team dabei, den zweiten Exomond, Kepler-1708b-i aufzuspüren.

Exomonde könnten durchaus habitabel sein und sogar flüssiges Wasser besitzen, wie hier ein Exomond-Kandidat um den Gasriesen Uspilon Andromeade d, wenn die Bedingungen stimmen.

Wie lebensfreundlich sind Exomonde?

In der Science-Fiction sind Exomonde oft lebensfreundliche, wasserreiche Welten. Aber wie sieht es in der Realität aus? Tatsächlich stehen die Chancen bei einem Exomond sogar besser als bei einem Exoplaneten, wie Astronomen ermittelt haben. Denn ein Mond kann selbst dann ein mildes Klima und flüssiges Wasser besitzen, wenn sein Planet schon außerhalb der habitablen Zone kreist. "Exomonde sind komplizierter als Exoplaneten – aber das bringt auch mehr Chancen mit sich, lebensfreundlich zu sein“, erklärt Rory Barnes von der University of Washington.

Möglich ist dies, weil auch der Einfluss des Planeten das Klima auf seinem Mond beeinflusst. bSo kann das von einem Planeten reflektierte Licht seinem Mond zusätzliches Licht liefern. Umgekehrt kann ein Exomond auch durch seinen Planeten geschützt und gekühlt werden. Das ist beispielsweise der Fall, wenn er regelmäßig durch den Schatten des Planeten wandert.

Wenn ein Mond-Planeten-Paar relativ eng beieinander steht, können die Gezeitenkräfte des Planeten sogar die Sonnenwärme komplett ersetzen. Denn die je nach Mondposition  wechselnden Anziehungskräfte walken das Innere des Mondes durch und erwärmen ihn so. Ein Beispiel dafür liefert der Jupitermond Europa in unserem eigenen Sonnensystem: Er hat einen flüssigen Ozean unter seiner Eiskruste, weil die Gezeitenkräfte des Jupiter sein Inneres erwärmen.

Die Chance, dass irgendwo dort draußen eine reales Gegenstück zu Pandora oder Endor existiert, ist demnach gar nicht so klein. Die Kunst besteht nur darin, diese potenziell lebensfreundlichen Exomonde aufzuspüren.

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