Exoplaneten-Systeme

Definition: Die Planeten unseres Sonnensystems sind in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet: Am nächsten an der Sonne befinden sich die kleineren terrestrischen Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars, dann folgen die massiven Gasriesen Jupiter und Saturn, und am weitesten von der Sonne entfernt sind die mittelgroßen Eisriesen Uranus und Neptun. Außerdem sind die Bahnen der meisten Planeten fast kreisförmig (so genannte “geringe Exzentrizität”), und ihre Bahnebenen sind mehr oder weniger gleich, so dass das Sonnensystem wie eine große Scheibe angeordnet zu sein scheint (so genannte “geringe Neigung”).

Seit wir jedoch andere Planeten erforscht haben, haben wir eine Menge Abweichungen von dem festgestellt, was wir für die Norm hielten (basierend auf unserem Sonnensystem). Es gibt viele Systeme mit Planeten von der Größe des Jupiters oder größer, die unglaublich nahe an ihren Sternen liegen, wie 51 Pegasi b, oder Systeme, in denen Gesteinsplaneten und Gasriesen nicht getrennt, sondern gemischt sind. Es gibt Planeten, deren Umlaufbahn nicht kreisförmig ist, sondern eine extrem langgestreckte Ellipse bildet, wie HD 20782 b. Es gibt auch Systeme, bei denen die Bahnebenen der Planeten nicht wie in unserem Sonnensystem eine Scheibe bilden, sondern bei denen die Bahnen deutlich gegeneinander geneigt sind, wie bei HD 39091.

Diese enorme Vielfalt von Planetensystemen zu verstehen, ist eines der wichtigsten Ziele dieses Forschungsschwerpunktprogramms.

Credits: SPP1992/Patricia Klein

Mehrere Systeme
Von den etwa 5000 bekannten Exoplaneten, die bis Juli 2022 entdeckt wurden, sind etwa 2000 Teil von Planetensystemen mit mehr als einem bestätigten Planeten um denselben Stern. Die meisten davon sind Zwei-Planeten-Systeme (etwa 500).

Verteilung der bekannten exoplanetaren Systeme über die Anzahl der Planeten in diesem System. Datenquelle: Caltech Exoplaneten-Archiv.

Es gibt jedoch ein System mit sieben bekannten Exoplaneten: TRAPPIST-1. Its planets, discovered in 2016 and 2017, range between 0.3 and 1.4 times the mass of Earth, which means they are all rocky planets. Sie alle vollenden ihre Umlaufbahn in weniger als 20 Tagen und haben einen Bahnradius, der weniger als ein Fünftel des Radius von Merkur, dem innersten Planeten unseres Sonnensystems, beträgt. Da TRAPPIST-1 aber ein M-Zwergstern ist und als solcher deutlich weniger heiß ist als unsere Sonne, liegen drei seiner Planeten in der bewohnbaren Zone des Sterns, also in dem Bereich um den Stern, in dem die Existenz von flüssigem Wasser auf der Oberfläche möglich ist.

Das TRAPPIST-1-System im Vergleich zum inneren Sonnensystem. Der grüne Bereich kennzeichnet die bewohnbare Zone, in der sich TRAPPIST-1 e, f und g befindet. Gutschrift: NASA/JPL-Caltech

Die Planeten des TRAPPIST-1-Systems stehen sehr nahe an Bahnresonanzen mit ihren jeweiligen Nachbarn, d. h. in der Zeit, die ein Planet braucht, um eine ganze Anzahl von Bahnen zu absolvieren, absolviert sein nächster Nachbar ebenfalls eine ganze Anzahl von Bahnen. Sehen Sie hier eine Animation dieses Verhaltens.