Sind wir allein im Universum? Diese Frage hat die Philosophie schon vor mehreren tausend Jahren aufgeworfen, und sie wird heute noch von ihr, der Naturwissenschaft und der Science-fiction-Literatur gestellt. Die europäische Weltraumorganisation ESA und ihr US-amerikanisches Pendant NASA wenden für die Suche nach erdähnlichen, potentiell bewohnbaren Planeten außerhalb unseres Sonnensystems erhebliche Mittel auf, und die Entdeckung einer zweiten Erde, einer sogenannten "Supererde", ist eng mit der Eingangsfrage verknüpft: Sind wir allein im Universum?

Das war zwar nicht das Thema, das Prof. Dr. Heike Rauer bei ihrem Vortrag auf der Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) am 17. März 2017 angesprochen hatte, aber sie forscht auf einem damit eng verwandten Gebiet. Die Wissenschaftlerin ist Abteilungsleiterin "Extrasolare Planeten und Atmosphären" am Institut für Planetenforschung des Deutsches Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof und koordiniert das sechsjährige Schwerpunkt-Programm "Exploring the diversity of exo-planets" (Erkundung der Vielfalt von Exoplaneten) der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Zudem leitet sie die internationale ESA-Mission PLATO. Das Akronym steht für PLAnetary Transits and Oscillations of stars, zu Deutsch: Planetare Transite und Oszillationen von Sternen. Damit ist die Suche nach extrasolaren, erdähnlichen Planeten gemeint.

Prof. Dr. Heike Rauer (rechts) und Dr. Ruth Titz-Weider begutachten einen Prototyp von 34 Teleskopen auf PLATO
Foto: DLR, CC-BY 3.0 [https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/deed.de]

Sollte jemals eine zweite Erde gefunden werden, würde unverzüglich gefragt, ob es dort Lebensformen gibt. So hat der DLR-Wissenschaftler Philipp Eigmüller einmal gesagt: Die Entdeckung von Leben auf Exoplaneten ist "der heilige Gral der Astronomie". [1] Im Selbstverständnis von vielen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern geht die Planetensuche der Suche nach außerirdischem Leben unmittelbar voraus.

Das Weltraumobservatorium PLATO soll im Jahr 2024 mit einer Rakete ins All gebracht und am sogenannten Lagrange-Punkt L2 ausgesetzt werden. Dieser kleine Raumbereich liegt "hinter" der Erde auf der verlängerten Linie Erde-Sonne, also quasi im Erdschatten. Mindestens vier Jahre lang, so die Referentin, soll das Observatorium, das aus mehr als zwei Dutzend einzelnen Teleskopen besteht, auf bestimmte Sterne ausgerichtet werden, die bei früheren astronomischen Beobachtungen mit anderen Instrumenten als aussichtsreiche Kandidaten für die Entdeckung einer zweiten Erde identifiziert wurden.

"Wir wollen wissen, wie Planeten entstehen und wie sie sich entwickeln", berichtete Rauer und ergänzte: Natürlich laute "die große Frage", ob es ein anderes Sonnensystem analog zu unserem gibt, und selbstverständlich wolle man wissen, ob solche Planeten potentiell bewohnbar wären.

PLATO wird voraussichtlich das erste Instrument sein, mit dem eine zweite Erde entdeckt werden könnte. Um dieses Kriterium zu erfüllen, darf es sich um keinen Gasplaneten handeln, sondern es sollte ein Felsplanet sein, der zudem in einer Entfernung von seinem Zentralgestirn kreist, die noch in der habitablen Zone (auch Goldilock-Zone oder Ökosphäre genannt) liegt. Das Hauptkriterium, das hierfür zu erfüllen wäre, lautet, daß der Planet genau so viel Energie von seinem Stern erhält, daß Wasser auf der Oberfläche des Planeten mindestens periodisch in flüssigem Aggregatzustand vorliegt.

Der Verlauf der habitablen Zone (blauer Streifen) in einem Sternensystem ist von der Leuchtkraft beziehungsweise Masse eines Sterns abhängig. In diesem Koordinatensystem sind Erde und Sonne jeweils als "1" gesetzt. Auf der y-Achse sind verschiedene Sterne, von unten nach oben größer werdend, angegeben. Die x-Achse zeigt die Entfernung der Planeten vom Zentralgestirn.
Bild: DLR, GFDL

Heute werden bei der Planetensuche zwei wesentliche Nachweismethoden verwendet, die Radialgeschwindigkeits- und die Transitmethode. Bei erstgenannter macht man sich den Umstand zunutze, daß genaugenommen Planeten nicht um Sterne, sondern beide Objekte um einen gemeinsamen Schwerpunkt kreisen. Selbst unsere Sonne, die über die 332.946fache Masse der Erde verfügt, wird von ihr ein kleines bißchen angezogen. Der gemeinsame Schwerpunkt liegt tief unter der Sonnenoberfläche. Wohingegen der gemeinsame Schwerpunkt zwischen dem erheblich massereicheren Planeten Jupiter und der Sonne nur knapp unter der Sonnenoberfläche liegt.

Von unserem nächsten Sternennachbar Proxima Centauri aus würde man Jupiter nicht direkt sehen können, weil er kein eigenes Licht aussendet, sondern nur das Sonnenlicht reflektiert, was sehr viel lichtschwächer ist. Aber man würde den Schwereeinfluß Jupiters auf die Sonne an den periodisch wiederkehrenden Veränderungen der Wellenlängen ihres Lichts erkennen können. In der Phase, in der sich die Sonne auf den Beobachter zubewegt, verkürzen sich die Lichtwellen; entfernt sie sich von ihm, werden sie gedehnt. Das nennt man den Doppler-Effekt. Man kennt ihn aus dem Alltag, und zwar bei akustischen Wellen: Ein Krankenwagen mit lautem Martinshorn, der sich einem Passanten am Straßenrand nähert, gibt für diesen höhere Töne ab (verkürzte Wellen), doch sobald er vorbeigefahren ist und sich entfernt, werden die Töne dunkler (gedehnte Wellen).

Die Meßinstrumente der Astronomie sind sensibel genug, um das Phänomen des Doppler-Effekts bei anderen Sternen ausfindig zu machen. Wenn diese Schwankungen regelmäßig auftreten, schließt die Forschung auf den Masseeinfluß eines anderen Objekts. Das muß nicht zwingend ein Planet sein, es kann sich beispielsweise auch um einen Braunen Zwerg handeln. Diese strahlen ähnlich wie Planeten kein eigenes Licht ab, werden aber der Klasse der Sterne zugeordnet.

Bei der zweiten Hauptmethode zum Nachweis von Exoplaneten, der Transitmethode, wird angenommen, daß ein immer wiederkehrendes, regelmäßiges Schwanken nicht des gesamten, sondern nur eines Teils des Lichtspektrums eines fernen Sterns von der Abschattung eines genau zwischen Beobachter und Stern vorbeiziehenden Planeten verursacht wird. Wenn man dieses Phänomen beobachtet, nimmt man an, daß das planetare System in einem so flachen Winkel zum Beobachter steht, daß dieser direkt auf die sogenannte Bahnebene der Planeten blickt. Würde er senkrecht, also quasi von oben auf die Ebene schauen, auf der die Planeten um ihr Zentralgestirn kreisen, käme es - bezogen auf den Beobachter - zu keiner Abschattung. Die Transitmethode wird bei PLATO verwendet.

Man kann sich darüber streiten, ob die Existenz von Exoplaneten wissenschaftlich bewiesen wurde oder nicht. Ohne an dieser Stelle auf die Fundamentaldebatte innerhalb der Wissenschaft eingehen zu wollen, ob diese überhaupt irgend etwas "beweisen" kann, sei dazu lediglich angemerkt, daß die Methoden des Exoplanetennachweises interpretativ sind. Ungeachtet dessen spricht man in der Wissenschaft davon, daß ihre Existenz "hinreichend belegt" ist.

Werden die hier vorgestellten beiden wichtigsten unter den Nachweismethoden von extrasolaren Planeten miteinander kombiniert, können aus den gewonnenen Daten physikalische Parameter wie Größe, Masse, Durchmesser, mittlere Dichte und Alter eines mutmaßlichen Planeten abgeleitet werden. Auf lange Sicht gehe es darum, einen Katalog von Hunderttausenden Planeten zu erstellen, sagte Rauer. Bis jetzt (Stand: 16. Mai 2017) gibt es laut der NASA 3486 bestätigte Exoplaneten, egal mit welcher Methode sie nachgewiesen wurden, und viele "Verdachtsfälle" mehr. [2]

Grafische Darstellung eines Transits. Der Planet (kreisrunder schwarzer Fleck rechts im Bild) beschattet einen Teil des Zentralgestirns. Die dunklen Flecken links im Bild stellen Sonnenflecken dar. In der Vergangenheit [4] wurden sie schon mal mit Planeten verwechselt.
Bild: ESO/L. Calçada, CC BY 4.0 [https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.de]

Vor drei Jahren konnte sich das PLATO-Konzept in der Endausscheidung gegenüber vier konkurrierenden Konzepten durchsetzen und fällt in den ESA-Finanzrahmen "Kosmische Vision 2015-2025". Anscheinend wird die Vision der Weltraumforschung durch die Suche nach einer zweiten Erde vorzüglich transportiert. Auch wenn unser Sonnensystem so weit von anderen Sternensystemen entfernt wäre, daß die Distanz nach heutiger Vorstellung nicht überbrückt werden könnte, wird mit der Hoffnung gehandelt, daß eine von Umweltverschmutzungen, Übernutzung oder atomarer Verwüstung zerstörte Erde in Richtung einer zweiten Erde verlassen werden könnte. Dafür hatte zuletzt der Mathematiker und Astronom Stephen Hawking plädiert. [3]

Die erhoffte Entdeckung einer bewohnbaren Welt vermochte trotz straffen ESA-Haushalts erhebliche Finanzmittel lockerzumachen. Wahrscheinlich ist sich die Weltraumorganisation auch darüber im klaren, daß sie in ihrem Bemühen, die Bedeutung der Weltraumforschung zu betonen, nicht nachlassen darf, will sie nicht die gesellschaftliche Akzeptanz verlieren. In mancher Hinsicht geht die NASA noch weiter, wenn sie sich beispielsweise als Beraterin der Filmindustrie mit dieser zusammenschließt und einem Millionenpublikum den Aufbruchmythos von der Eroberung des Alls präsentiert. Solche Projekte sind gewiß nicht frei von der Absicht, Ideologie zu transportieren. Durch die Weltraumforschung wird die Erwartungshaltung angesprochen, daß ein Ausweichen im Prinzip möglich wäre, und die Suche nach "Erlösung" erscheint sinnvoll. Letztlich erfüllt dies die Funktion eines gesellschaftlichen Kitts, mit dem manche Widerspruchslinie überdeckt wird.

Wenn die Intensität, mit der gegenwärtig nach extraterrestrischen Planeten gesucht wird, ein Indiz für das Ausmaß der gesellschaftlichen Zerrüttung wäre, von der mit Hilfe jener Suche eben davon abgelenkt werden soll, dann stehen offenbar düstere Zeiten bevor. Noch für dieses Jahr, spätestens 2018 will die NASA das Weltraumteleskop TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) starten, um Exoplaneten mittels der Transitmethode aufzuspüren. Auch die für dieses Jahr anberaumte ESA-Mission CHEOPS (CHaracterising ExOPlanets Satellite) ist ein Weltraumteleskop, das nach dieser Methode Planetensysteme in relativer Erdnähe unter die Lupe nimmt. Ebenfalls gehört die Erforschung planetarer Systeme zum Aufgabenspektrum des James-Webb-Teleskops, das unter Federführung der NASA in Kooperation mit der ESA und der kanadischen Weltraumorganisation CSA im Oktober 2018 ins All gebracht werden soll.

Die Frage, ob "wir" allein im Universum sind, mutet eigentlich sehr sonderbar an, wenn man sich vor Augen führt, daß damit die gesamte Menschheit gemeint sein soll. Die wiederum ist durch so krasse sozioökonomische Unterschiede geprägt, daß beispielsweise die Schicht der ärmeren US-Bürger ein zwanzig Jahre kürzeres Leben hat als die Schicht der reichsten US-Bürger. In Deutschland macht der Unterschied, ob jemand arm oder reich ist, immerhin noch ein um zehn Jahre kürzeres oder längeres Leben aus. Und die Diskrepanz der Lebenserwartung zwischen den wohlhabenden und den ärmeren Staaten wiederum ist teilweise noch krasser.

Wer also ist mit "wir" gemeint? Verschleiert dieses Personalpronomen mit der Unterstellung einer Gemeinsamkeit nicht, daß der Mensch im allgemeinen unwillig bis unfähig ist, sich mit seinen Artgenossen oder auch seiner Mitwelt auf eine Weise zu verständigen, die gewalt- und herrschaftsfrei genannt werden könnte? Gründen sich Begegnungen nicht allzu häufig auf den Gebrauch und Nutzen des anderen und enden mit dessen Vernutzung, bzw. Vernichtung - sei es in Form von gewaltsamen Konflikten (in den Varianten Krieg und Frieden) des ewigen Sozialkampfs oder sei es in Form der Verstoffwechslung von Tieren, Pilzen und Pflanzen? Jedenfalls ging die Entdeckung Amerikas, Afrikas, Australiens und Asiens durch die europäischen Mächte nicht selten mit einer weitreichenden Vernichtung der ursprünglichen Bevölkerung oder ihrer Versklavung einher.

So würde mit der Frage, ob "wir" allein im Universum sind, darüber hinweggetäuscht, daß darunter eigentlich konträre, einander ausschließende Interessen zusammengefaßt werden. Sollte also jemals ein direkter Kontakt zwischen Menschen und einer außerirdischen Lebensform entstehen, stellte sich - sehr zugespitzt - sofort die Frage: Wer frißt wen?

Die Suche der ESA nach erdähnlichen Planeten mit Hilfe von PLATO hat nicht zum Ziel, diese Frage zu beantworten. Aber sollte eines Tages eine zweite Erde gefunden werden und diese darüber hinaus auch noch bewohnt sein, hätten Weltraumobservatorien ihren Anteil daran, daß spätestens dann diese Frage aufgeworfen würde.