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Lebenswelten im Kosmos – solare und extrasolare Planeten Lebenswelten im Kosmos – solare und extrasolare Planeten Vorwort Eine der spannendsten Fragen der Mensch- heit ist die, ob außerhalb unserer Erde Leben existiert. Aufgrund der mittlerwei- le umfangreichen Kenntnis der solaren Pla- neten k¨ onnen wir h¨ oher entwickeltes Le- ben dort ausschließen. In den Fokus r¨ uck- en zwangsl¨ aufig extrasolare Planeten (Exo- planeten). Technisch sind wir inzwischen in der Lage, die Existenz von Planeten bei anderen Sternen als unserer Sonne nachzu- weisen, Aussagen ¨ uber deren Bewohnbar- keit“ werden jedoch erst zuk¨ unftige Unter- suchungen erlauben. Zu Beginn des Astronomie-Kurses im Ju- ni 2006 waren 170 extrasolare Planeten be- kannt, heute – am 29. Oktober 2006 – sind es bereits 210. Sie wurden fast durchweg auf indirektem Wege gefunden, d. h. ¨ uber die Beobachtung des Lichts ihrer Mutters- terne. Zehn deutsche und drei chinesische Sch¨ u- lerinnen und Sch¨ uler bildeten mit den drei Kursleitern den Astronomiekurs der Science Academy 2006. Nach einer zwei- agigen Einf¨ uhrung in die Grundlagen der Orientierung und Beobachtung des Ster- nenhimmels, die jeden Teilnehmende bef¨ a- higte, verschiedene Objekte des Sternen- himmels aufzufinden, zu benennen sowie deren Bewegungen aus Sicht des Erdbeob- achters zu verstehen, begann die eigentliche Kursarbeit zum Thema Exoplaneten. We- sentlicher Bestandteil waren nun die Vor- tr¨ age der Sch¨ ulerinnen und Sch¨ uler, die im Vorfeld der Akademie individuell zu erstel- len waren. Die thematischen Inhalte die- ser Pr¨ asentationen reichten vom Aufbau, den physikalischen und chemischen Eigen- schaften und der Entstehung unseres so- laren Planetensystems ¨ uber die Methoden der indirekten Suche bis hin zur Klassifika- tion von Exoplaneten. Aufgrund der Anwesenheit der Gastsch¨ u- ler aus China wurden die meisten Vortr¨ age und Diskussionen in englischer Sprache ge- halten bzw. von den Kursteilnehmern si- multan“ ¨ ubersetzt. Die chinesischen Teil- nehmer bereicherten den Kurs durch die Vorstellung der Astronomie und Raum- fahrt in China, so dass ein unmittelbarer Vergleich zwischen abendl¨ andischen und asiatischen Vorstellungen m¨ oglich wurde. Erg¨ anzt wurde das Kursprogramm durch achtliche Beobachtungen am Fernrohr, ei- ne Nachtwanderung, bei der die Astros“ die anderen Akademieteilnehmer in die Geheimnisse des Sternenhimmels“ ein- weihten, durch den Bau eines maßstabsge- treuen Planetenwegs, der im Vergleich zum solaren System auch die Planeten des Sys- tems 55 Cancri A darstellt, durch eine Fa- chexkursion zum Max-Planck-Institut f¨ ur Astronomie und zur Landessternwarte Hei- delberg und schließlich durch den Besuch von Frau Dr. Cecilia Scorza de Appl, ei- ner Astronomin, die den Sch¨ ulerinnen und Sch¨ ulern anhand ihres eigenen Lebenswe- ges das Berufsbild authentisch nahe brach- te. Ebenso wie der Kurs aus vielen Baustei- nen verschiedener Personen zusammenge- setzt wurde, so wurde es auch der vorlie- gende Text. Jeder trug seinen Teil dazu bei. Celia Viermann, Dr. Olaf Fischer, Georg Wilke 7

Lebenswelten im Kosmos – solare und extrasolare … · Lebenswelten im Kosmos – solare und extrasolare Planeten Das solare Planetensystem Andra-Lisa Hoyt, Sebastian Neu Der Aufbau

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Lebenswelten im Kosmos – solare und extrasolare Planeten

Lebenswelten im Kosmos – solare undextrasolare Planeten

VorwortEine der spannendsten Fragen der Mensch-heit ist die, ob außerhalb unserer ErdeLeben existiert. Aufgrund der mittlerwei-le umfangreichen Kenntnis der solaren Pla-neten konnen wir hoher entwickeltes Le-ben dort ausschließen. In den Fokus ruck-en zwangslaufig extrasolare Planeten (Exo-planeten). Technisch sind wir inzwischen inder Lage, die Existenz von Planeten beianderen Sternen als unserer Sonne nachzu-weisen, Aussagen uber deren

”Bewohnbar-

keit“ werden jedoch erst zukunftige Unter-suchungen erlauben.

Zu Beginn des Astronomie-Kurses im Ju-ni 2006 waren 170 extrasolare Planeten be-kannt, heute – am 29. Oktober 2006 – sindes bereits 210. Sie wurden fast durchwegauf indirektem Wege gefunden, d. h. uberdie Beobachtung des Lichts ihrer Mutters-terne.

Zehn deutsche und drei chinesische Schu-lerinnen und Schuler bildeten mit dendrei Kursleitern den Astronomiekurs derScience Academy 2006. Nach einer zwei-tagigen Einfuhrung in die Grundlagen derOrientierung und Beobachtung des Ster-nenhimmels, die jeden Teilnehmende befa-higte, verschiedene Objekte des Sternen-himmels aufzufinden, zu benennen sowiederen Bewegungen aus Sicht des Erdbeob-achters zu verstehen, begann die eigentlicheKursarbeit zum Thema Exoplaneten. We-sentlicher Bestandteil waren nun die Vor-trage der Schulerinnen und Schuler, die imVorfeld der Akademie individuell zu erstel-len waren. Die thematischen Inhalte die-ser Prasentationen reichten vom Aufbau,

den physikalischen und chemischen Eigen-schaften und der Entstehung unseres so-laren Planetensystems uber die Methodender indirekten Suche bis hin zur Klassifika-tion von Exoplaneten.

Aufgrund der Anwesenheit der Gastschu-ler aus China wurden die meisten Vortrageund Diskussionen in englischer Sprache ge-halten bzw. von den Kursteilnehmern

”si-

multan“ ubersetzt. Die chinesischen Teil-nehmer bereicherten den Kurs durch dieVorstellung der Astronomie und Raum-fahrt in China, so dass ein unmittelbarerVergleich zwischen abendlandischen undasiatischen Vorstellungen moglich wurde.

Erganzt wurde das Kursprogramm durchnachtliche Beobachtungen am Fernrohr, ei-ne Nachtwanderung, bei der die

”Astros“

die anderen Akademieteilnehmer in die

”Geheimnisse des Sternenhimmels“ ein-

weihten, durch den Bau eines maßstabsge-treuen Planetenwegs, der im Vergleich zumsolaren System auch die Planeten des Sys-tems 55 Cancri A darstellt, durch eine Fa-chexkursion zum Max-Planck-Institut furAstronomie und zur Landessternwarte Hei-delberg und schließlich durch den Besuchvon Frau Dr. Cecilia Scorza de Appl, ei-ner Astronomin, die den Schulerinnen undSchulern anhand ihres eigenen Lebenswe-ges das Berufsbild authentisch nahe brach-te.

Ebenso wie der Kurs aus vielen Baustei-nen verschiedener Personen zusammenge-setzt wurde, so wurde es auch der vorlie-gende Text. Jeder trug seinen Teil dazu bei.

Celia Viermann, Dr. Olaf Fischer,Georg Wilke

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Lebenswelten im Kosmos – solare und extrasolare Planeten

Das solare PlanetensystemAndra-Lisa Hoyt, Sebastian Neu

Der Aufbau unseres Sonnensystems

Ein Planetensystem besteht aus verschie-denen Objekten, die sich in Große, Mas-se und Energiehaushalt grundlegend un-terscheiden. Im Mittelpunkt des Planeten-systems befindet sich das Zentralgestirn,der Stern, der das Gravitationszentrum desSystems bildet. Ein Stern ist ein Himmels-korper, der eine ausreichende Masse be-sitzt, um durch die Kernfusion Energie zuerzeugen. Dabei werden große Mengen vonEnergie frei, die als Strahlung in Form vonWarme und Licht abgegeben werden. Umden Stern herum bewegen sich die Plane-ten, die genugend Masse besitzen, um ei-ne kugelformige Gestalt anzunehmen undihren Orbit von anderen Korpern

”freige-

raumt“ haben; und deren Monde, auch alsTrabant oder Satellit bezeichnet, die ineinem Orbit um einen Planeten kreisen;Zwergplaneten, Kleinkorper wie Kometenund Asteroiden, in kreisformigen bis ellip-tischen Umlaufbahnen.

Unser Sonnensystem

Die Sonne besitzt 99,9% der Gesamtmas-se unseres Planetensystems. Lediglich 0,1%der Masse machen alle Planeten zusammenaus. Die Oberflachentemperatur der Sonnebetragt mehr als 6000 K; im Kern herr-schen 15 Mio. K. Auf der Oberflache derSonne, der so genannten Photosphare bil-den sich Sonnenflecken; dunklere Partien,deren Temperatur deutlich geringer ist alsdie der umliegenden Flache. Am Rand derSonne sind Protuberanzen zu beobachten.Das sind Materiestrome, die von der Ober-flache ausgestoßen werden und sich entlangder magnetischen Feldlinien bewegen. Ahn-lich, aber unsichtbar ist der Sonnenwind.Er ist ein permanenter Ausstoß von posi-tiv geladenen Teilchen (Protonen) und wirdfur uns erst bemerkbar, wenn er auf un-

sere Atmosphare trifft und die Nordlichterverursacht. Die Sonne ist ungefahr 4,5 Mil-liarden Jahre alt und hat die Halfte ihresLebens bereits hinter sich.

Man kann die Planeten in zwei große Grup-pen unterteilen: Die Terrestrischen (=erd-ahnlichen) Planeten und die Gasplaneten.Ihre Reihenfolge kann man sich mit demfolgenden Satz gut merken:Mein Vater erklart mir jeden Sonntag un-seren Nachthimmel.

Auf dieser Fotomontage sind die Planetenentsprechend der Reihenfolge von innen nachaußen zu sehen.[1]

Die terrestrischen Planeten

Die terrestrischen Planeten, Merkur, Ve-nus, Erde und Mars, weisen einen erd-ahnlichen Aufbau auf. Sie bestehen haupt-sachlich aus Metallen (Kern) und Gestein(Mantel und Kruste). Sie haben hohe Dich-ten von durchschnittlich 3 g/cm3. Ihre Rota-tionsgeschwindigkeiten sind relativ gering,z. B. benotigt die Erde 24 Stunden fur einevolle Umdrehung, also einen Erdtag.

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Lebenswelten im Kosmos – solare und extrasolare Planeten

Merkur ist der innerste Planet. Er ist miteinem Durchmesser von 4888 km, was derBreite des Atlantischen Ozeans entspricht,der kleinste Planet unseres Systems. SeineEntfernung betragt nur 0,39 AE1 zum Zen-tralgestirn . Die Oberflache des Merkursgleicht der Oberflache unseres Mondes, auf-grund der vielen Krater, die durch zahlrei-che Meteoriteneinschlage und den Sonnen-wind entstanden sein durften. Auf Merkurkann sich keine Atmosphare bilden, da erzu wenig Masse besitzt, um die Gase ansich zu binden, und weil der Sonnenwind,eine Atmosphare

”wegblasen“ wurde. Auf

Merkur treten aufgrund der nicht vorhan-denen Atmosphare hohe Temperaturdiffe-renzen auf: Tagsuber 426◦C, nachts -217◦C.

Venus ist der Erde von den Großen- undMasseverhaltnisse sehr ahnlich. Sie ist 0,72AE von der Sonne entfernt und hat einenDurchmesser, der etwas geringer ist als derder Erde. Auf der Oberflache sind Bergzu-ge, Taler und zahlreiche Krater zu erken-nen. Die Krater weisen nur einen mittlerenbis großen Durchmesser auf, da nur großereObjekte die dicke Atmosphare durchdrin-gen konnen; kleinere Meteoriten vergluhen.Die Atmosphare besteht aus Kohlenstoffdi-oxid (96%) und anderen Gasen. Venus wirdvon einer uber 30 km dicken Wolkenschichtumgeben, die aus Schwefelsaure bestehen,die starker konzentriert ist als die einer Au-tobatterie. Aufgrund des Treibhauseffektesdurch das CO2 und der Wolkenschicht be-tragt die Temperatur im Mittel 482◦C. DerDruck der Atmosphare betragt 91 bar. Dasentspricht auf der Erde einer Tauchtiefevon 910 m. Venus befindet sich, wie Mer-kur, naher am Zentralgestirn als die Erde,daher kann man bei ihnen Phasen feststel-len, ahnlich wie bei unserem Mond.

Auf die Eigenschaften unseres Heimatpla-neten Erde wird hier nicht naher eingegan-gen.

1Astronomische Einheit: mittlerer AbstandErde-Sonne, ca. 150 Mio. km

Mars ist der letzte der terrestrischen Pla-neten. Er ist aufgrund seiner rotlichen Far-be durch Eisenoxidstaub (Rost) nach demromischen Kriegsgott benannt. Auf seinerOberflache sind Strukturen vorhanden, diean Flussbetten erinnern. Das konnte ein In-diz dafur sein, dass es auf Mars einmal flus-siges Wasser gegeben haben konnte. Marshat eine ahnlich geneigte Rotationsachsewie die Erde, wodurch eine Auftreffwinkel-differenz der Sonnenstrahlen entsteht, d. h.,dass sie mit unterschiedlichen Winkeln aufder Oberflache des Planeten auftreffen. Da-durch entstehen Jahreszeiten, beinahe wieauf der Erde. Mars besitzt als einziger Pla-net neben der Erde Polkappen, die aus Tro-ckeneis (CO2), wovon die sudliche im

”Som-

mer“ vollstandig, die nordliche jedoch nurteilweise abschmilzt.

Die jupiterahnlichen Planeten

Wie der Name schon sagt, ist diese Grup-pe nach Jupiter benannt, dem großten undschwersten Planeten in unserem Sonnen-system. Die Gasplaneten, Jupiter, Saturn,Uranus und Neptun, bestehen uberwiegendaus den Gasen Wasserstoff und Helium,die in allen Aggregatzustanden vorkom-men. Meistens enthalten diese Planetenauch Ammoniak, Kohlenstoffdioxid, Me-than und andere Gase, weswegen betragtdie Dichte durchschnittlich 1 g/cm3.

Der Kern besteht aus Gestein, der eineMasse von 10–20 Erdmassen aufweist, umdas Gas mittels der Gravitationskraft beisich zu behalten. Die Gasplaneten rotierenviel schneller um die eigene Achse als dieerdahnlichen Planeten, ein Planetentag istalso viel kurzer. Der Tag auf Jupiter z. B.betragt nur zehn Erd-Stunden.

Jupiter besitzt 1/1047 der Sonnenmasseund wiegt mehr als das Doppelte aller an-deren Planeten (einschließlich Pluto) zu-sammen. Markant fur Jupiter sind seineWolkenschichten, die sich standig in Bewe-gung befinden. Sie enthalten Schwefelver-

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bindungen, die in viele Farben schimmern.Auf Jupiter herrschen Winde mit bis zu600 km/h. Die Temperatur an der oberstenWolkenschicht betragt -130◦C, steigt abernach unten immer weiter an. Die 1000 kmdicke Wasserstoffschicht uber dem Kern istdurch den enormen Druck noch bei mehre-ren 1000 Kelvin flussig.

Jupiter gilt als der Beschutzer der Erde,denn durch seine große Masse von 318Erdmassen und dem entsprechend großenGravitationsfeld, fangt er alle Korper, wieAsteroiden, Meteore u. a., auf, die sonstauf einen Sonnen-naheren Planeten treffenwurden.

Saturn zieht 10 AE von der Sonne entferntseine Bahn. Er benotigt fur einen Umlaufum die Sonne 29,5 Erdjahre. Sein Tag dau-ert allerdings aufgrund der hohen Rotati-onsgeschwindigkeit nur 10h 41min. Der et-wa erdgroße Kern besteht aus festem Ge-stein, das eine Temperatur von 12000◦Chat.

Falschfarbenbild der Ringe des Saturn, [2].

Die Farben der Wolken entstehen durchdie Gase Ammoniak, Methan, Acetylen,Propan und Methylacetylen. Die Wind-geschwindigkeiten betragen bis zu 2000km/h. Außerordentlich charakteristisch furSaturn ist sein ausgepragtes Ringsystem,weshalb er auch

”Herr der Ringe“ genannt

wird. Es gibt sieben Hauptringe, die je-weils in etliche kleinere unterteilt sind und

hauptsachlich aus Eis, Staub und Felssplit-ter bestehen. Sie haben einen Durchmesservon mehreren 10.000 km, sind dabei abernur 400-500 m dick.

Uranus wurde 1781 entdeckt und nachdem griechischen Himmelsgott Uranos be-nannt. Uranus hat 14fache Erdmasse undden 4fachen Erddurchmesser. Der Planetist ahnlich zusammengesetzt wie die ande-ren Gasplaneten, jedoch enthalt er einengroßeren Methananteil, der ihn blau er-scheinen lasst, da Methan Licht im Be-reich des roten Spektrums absorbiert. DieTemperatur der oberen Grenze der Wolken-schichten betragt -210◦C. Einzigartig anUranus ist die Neigung von 98◦ der Rotati-onsachse zur Bahnebene. Dadurch wendeter abwechselnd der Sonne die Nord- undSudhalbkugel zu. Es herrschen also 42 Jah-re lang Sommer und 42 Jahre Winter. EinUranusjahr dauert damit 84 Erdjahre, einTag jedoch nur knapp 17 Stunden.

Neptun, aufgrund seiner blauen Farbenach dem romischen Gott des Meeres be-nannt, ist der letzte Planet unseres Son-nensystems. Man nimmt an, dass sein Auf-bau dem von Uranus ahnlich ist. Er besitzteinen heißen Gesteinskern, der ungefahr derMasse unserer Erde entspricht. Die Atmo-sphare besteht aus Wasserstoff und Helium.Spuren von Methan lassen ihn blau erschei-nen. Die unteren Wolkenschichten zeigenvielfaltige Strukturen. Auf Neptun herr-schen die starksten Sturme unseres Sonnen-systems: Windgeschwindigkeiten von 2200km/h sind keine Seltenheit.

Pluto nimmt aufgrund seiner Große undBahneigenschaften eine Sonderstellung einund wird seit der Plenarversammlung derIAU2 im August 2006 als Zwergplanet ge-zahlt. Ein Zwergplanet ist ein Planet, dereine ausreichende Masse besitzt, um durchdie Eigengravitation eine annahernd kugel-formige Gestalt zu bilden, aber die Umge-bung seines Orbits nicht bereinigt hat.

2International Astronomical Union

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Entstehung unseres Sonnensystems

Entstehung der Sonne:

Vor etwa 4,6 Milliarden Jahren beweg-te sich an der Stelle unseres heutigenSonnensystems und der umliegenden Ster-ne eine Materiewolke, die sich aus uber99% Wasserstoff- und Heliumteilchen zu-sammensetzte. Der Rest wurde gebildetaus mikrometergroßen Staubteilchen vonKohlenstoff- bzw. Stickstoffverbindungenund Ammoniak. Infolge der Gravitations-kraft zogen sich Teile der Materiewolke zu-sammen und sie verdichtete sich. Dabeientstanden mehrere hundert bis tausendSterne. Da der Drehimpuls erhalten blei-ben muss, hat sich die Rotationsgeschwin-digkeit der kollabierenden Wolke erhoht.Die entgegengesetzt der Gravitationskraftwirkenden Fliehkrafte fuhrten dazu, dasssich die Wolke zu einer Scheibe verform-te. Im Zentrum dieser Scheibe verdichte-te sich die Materie zunehmend, sodass ichein Protostern (Entstehungsstadium einesSterns) bildete. In ihm stiegen Temperaturund Druck so weit an, dass die Kernfusioneinsetzte. Die entstehende Energie erzeug-te einen Strahlungsdruck, der dem Zusam-menziehen der Wolke entgegenwirkte. Einstabiler Stern war entstanden.

Zeichnung einer protoplanetaren Scheibe. Manerkennt in der Mitte den Protostern, der sichnun zu einem Hauptreihenstern entwickelt.Um ihn herum beginnen sich die Planeten zubilden.[3]

Entstehung des Planetensystems:

In einem bestimmten Teil dieser Mate-riewolke, im Sonnennebel, entstand un-ser Sonnensystem. In der protoplaneta-ren Scheibe verklumpten die Staubteilchenzu großeren Objekten, den Planetesimalen,die die Bausteine der Planeten darstellen.Großere Objekte konnten aus großerer Ent-fernung Materie anziehen und so schnellerwachsen als die anderen Objekte. Proto-jupiter storte aufgrund seiner schon fruhgroßen Masse andere Planetesimale, sodasser ihr Wachstum beeinflusste. Dadurch ver-hinderte er die Bildung eines weiteren Pla-neten zwischen ihm und Mars, wodurchsich der Asteroiden-Gurtel bildete. Aus denKorpern in diesem Gurtel konnte sich keinvollwertiger Planet mehr bilden. Er ist so-zusagen die Grenze zwischen den terrestri-schen und den iovianischen Planeten. DieAsteroiden kreisen in einer Umlaufbahn indrei bis sechs Jahren um das Zentralgestirn.Ihre Große variiert von einigen Zentimeternbis 100 km. Der Planetoid Ceres z. B. hateinen Durchmesser von fast 1000 km. Weiler eine fast kugelformige Gestalt und einenplanetenahnlichen Aufbau aufweist, wurdeer von der IAU zum Zwergplaneten hoch-gestuft. wobei Pluto aus den oben genann-ten Grunden

”degradiert“ worden ist. Der

Asteroidengurtel besteht aus einem Haupt-gurtel und funf kleineren Gruppen. Die Di-cke des gesamten Gurtels betragt zwischen2 bis 3,4 AE.

All das geschieht in riesigen Dimensionen,die wir in Kilometern gar nicht mehr an-geben konnen. Fur die meisten Menschenist es einfach unvorstellbar, dass die Erdeeiner der kleinen Planeten unseres Sonnen-systems sein soll, genauso wie die Tatsache,dass wir nur Teil einer noch viel großerenGalaxie sind, die wiederum zu einer große-ren Gruppe gehort. Unser Platz im Univer-sum setzt sich beinahe wie eine Briefadressezusammen:

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Lebenswelten im Kosmos – solare und extrasolare Planeten

Supergalaxienhaufen: Virgo-SuperhaufenGalaxiengruppe: Lokale GruppeGalaxie: MilchstraßeStern: Sol (Sonne)Planet: Erde

Wir sind ein Musterbeispiel im Universum.Bis jetzt konnte kein so ausgepragtes Pla-netensystem gefunden werden wie unseres;vor allem keines, das einen Planeten ent-halt, auf dem Leben existiert. Wir mus-sen mehr uber das Universum und dessenEigenschaften und Gesetze erfahren, da-mit wir wissen, ob es

”außerirdische“ For-

men von Leben gibt, warum es uns gibtund wie die Zukunft des Alls sein wird.Dazu tragt die Astronomie bei, als eineder altesten Wissenschaften der Mensch-heit. Die kontinuierliche Entwicklung derTechnik sorgt dafur, dass die Instrumen-te zur Beobachtung des Weltalls immer ge-nauer und besser werden. Dadurch werdenwir immer mehr uber die Zusammenhangedes Weltalls lernen und sie allmahlich ver-stehen konnen.

”Man will die Pracht der Ster-

ne nicht verstehen. Man sollte sicheinfach an ihr erfreuen.“Johann Wolfgang von Goethe

Die Suche nachExoplaneten

Tabea Tscherpel, Matthias Amador,Klaus-Ulrich Miltenberger

Definition von Exoplanet

Wenn man die Entstehung unseres Son-nensystems auf andere Sterne ubertragt,so liegt der Schluss nahe, dass auch beianderen Sternen Planeten existieren kon-nen. Diese Exoplaneten stellen ein neuesForschungsgebiet in der Astronomie dar.Der Begriff extrasolarer Planet, bzw. ver-einfacht Exoplanet, lasst sich zuruckfuhrenauf

”extra“, was auf lateinisch außerhalb

heißt, und auf”solar“, was sich auf unser

Sonnensystem bezieht. Exoplaneten sindalso Planeten außerhalb unseres Sonnen-systems. Meist bewegen sie sich um einenandern Stern, gravitativ sind sie nicht anunsere Sonne gebunden. Selten umlaufensie einen Doppelstern oder sind gravitativgar nicht gebunden.

Grunde fur die Suche nach Exoplaneten

Aber wieso wird nach diesen Exoplanetenuberhaupt geforscht? Dafur gibt es mehrereGrunde. Einer davon ist sicherlich die Neu-gierde des Menschen. Der Mensch kann nurleben, wenn er stets Neues sucht und tut.Ein weiterer ist das Interesse fur die Frage,ob es auf anderen Planeten ebenfalls Leben,vielleicht sogar intelligentes Leben gibt.

Schwierigkeiten bei der Suche nachExoplaneten

Aufgrund der großen Entfernung sind Exo-planeten fur uns derzeit noch nicht direktsichtbar. Das liegt auch daran, dass dievom Zentralstern abgestrahlte Lichtmengeviel großer ist, als die, die der Planet re-flektiert. Daher konnen zur Zeit nur indi-rekte Nachweismethoden angewandt wer-den. Dabei beobachtet man nicht den Pla-neten, sondern den Zentralstern und misstdie Auswirkung, die der Exoplanet auf denStern hat.

Die astrometrischePlanetensuche

Die Bewegung des SystemsStern-Planet

Die astrometrische Planetensuche beruhtauf Messungen der Bewegung eines Ster-nes vor dem Hintergrund weit entfernterSterne. Grund fur diese Bewegung ist, dassdie – wenn auch außerst geringe – Masse

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Lebenswelten im Kosmos – solare und extrasolare Planeten

eines ihn umlaufenden Planeten bewirkt,dass der Stern nicht fest steht. Diese Ro-tation um den Schwerpunkt von Stern undPlanet ist die so genannte Reflexbewegung(siehe Abbildung).

Bewegung um gemeinsamen Schwerpunkt, [4].

Die Lage des Schwerpunktes des SystemsStern-Planet kann gut mit dem Modellzweier Kinder auf einer Wippe verglichenwerden. Das leichtere der beiden Kindermuss weiter von der Aufhangung der Wip-pe entfernt sein, als das schwerere, um dieWippe im Gleichgewicht zu halten. BeimSystem Stern-Planet bedeutet Gleichge-wicht, dass beide Himmelskorper nicht auf-einander sturzen, sondern durch die Bewe-gung um den gemeinsamen Schwerpunktein stabiles System bilden. Der leichtereHimmelskoper (Planet) muss sich in gro-ßerem Abstand um den Schwerpunkt be-wegen als der schwerere Himmelskorper(Stern). Das Ausmaß der Reflexbewegungdes Sterns hangt von der Masse des Plane-ten und von der Entfernung zwischen Pla-net und Stern ab.

Messung

Um herauszufinden, ob ein Planet um einenStern kreist, muss der Stern beobachtetwerden, und bei Vorhandensein einer Re-flexbewegung diese gemessen werden.

Messung des Winkels der Reflexbewegung, [5].

Es wird der Winkel der Bewegung zu demBezugspunkt eines weit entfernten Sternesin Bogensekunden ( 1

3600

◦) gemessen (sie-

he Abbildung). Mit dem Wissen uber dasAusmaß der Reflexbewegung lasst sich nunanhand einiger Gesetze, wie dem Schwer-punktsatz und dem Gravitationsgesetz, dieMasse des Planeten und der Abstand vonseinem Stern ausrechnen.

Naturlich ist es mit dieser Methode auchmoglich, Systeme mit mehreren um einenStern kreisenden Planeten festzustellen.Die Reflexbewegung ist hier komplizierter.So ware es auch moglich, vom Standpunkteines anderen Exoplaneten unser solaresPlanetensystem zu finden. Hierbei bewir-ken Jupiter, Saturn und Neptun den groß-ten Teil der Reflexbewegung.

Spektroskopische Suche

Doppler-Effekt in der Akustik

Da die spektroskopische Planetensuche aufdem Doppler-Effekt basiert, wird dieser zu-nachst erlautert.

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Lebenswelten im Kosmos – solare und extrasolare Planeten

Doppler-Effekt: Schallquelle in Bewegungund Absande der Wellenberge ( c© TabeaTscherpel 2006)

Im Alltag erlebt man den Dopplereffektzum Beispiel, wenn ein Krankenwagen vor-beifahrt. Solange sich der Krankenwagennahert, nimmt man den Ton hoher wahr,als dies bei einem stehenden Fahrzeug derFall ist. Die Frequenz ist also hoher. So-bald der Wagen sich entfernt, wird derTon tiefer wahrgenommen, die Frequenz istfolglich niedriger. Diese Frequenzvariationist in obiger Abbildung ersichtlich. Durchdie Bewegung der Schallquelle andert sichder Ort des Schallerregers. Man kann er-kennen, dass auf diese Weise die Wellenber-ge (hier als Linien dargestellt) rechts undlinks in unterschiedlichen Abstanden auf-einander folgen. Daraus resultieren unter-schiedliche Wellenlangen und damit auchunterschiedliche Frequenzen fur Annahe-rung oder Entfernung von Schallquelle undBeobachter.

Den Doppler-Effekt gibt es auch bei Licht-wellen, allerdings bestehen zwischen Schallund Licht zwei wesentliche Unterschiede:Erstens benotigt Schall ein Tragermedium,Licht dagegen nicht. Zweitens muss manbei Schall unterscheiden, ob sich die Schall-quelle und/oder der Beobachter bewegt.Bei Licht kommt es dagegen nur auf dieRelativgeschwindigkeit zwischen Beobach-ter und Schallquelle an.

Bewegung Stern-Planet

Radialgeschwindigkeit (als rote Pfeiledargestellt) eines Sterns beim Umlauf um denSchwerpunkt ( c© Tabea Tscherpel 2006)

Im Gegensatz zur astrometrischen Plane-tensuche, bei der die Tangentialbewegungeine Rolle spielt, ist fur die spektroskopi-sche Suche die Radialbewegung relevant.Das ist die Bewegung des Sterns in Rich-tung der Sichtlinie des Beobachters, be-schreibt also die Annaherung bzw. die Ent-fernung von Stern und Beobachter. Im Falleeiner Annaherung ist die Radialgeschwin-digkeit (auf der Abbildung durch rote Pfei-le dargestellt) negativ, bei einer Entfernungpositiv.

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Lebenswelten im Kosmos – solare und extrasolare Planeten

Messungen und Folgerungen

Um die Radialgeschwindigkeit eines Sternszu ermitteln, wird der Doppler-Effekt be-notigt. Dabei betrachtet man die Frequen-zanderung im Licht des Sterns.

Radialgeschwindigkeit (beispielhafteSpektralverschiebung, ubertrieben) ( c© TabeaTscherpel 2006)

Durch ein Entfernen des Stern vom Beob-achter verschiebt sich das Sternspektrumgegenuber dem Verleichsspektrum gering-fugig zum Roten hin (siehe Abbildung),d.h. das Licht wird langerwellig, denn dieFrequenzen werden kleiner. Im Gegenzugdazu verschiebt sich das Spektrum bei ei-ner Annaherung leicht zum Blauen hin (sie-he Abbildung), d.h. das Licht wird kur-zerwellig, weil die Frequenzen großer wer-den. Aus den beobachteten Frequenzande-rungen lassen sich direkt die jeweiligen Ra-dialgeschwindigkeiten errechnen.

Fur eine Zuordnung v → t (Radialge-schwindigkeit wird der Zeit zugeordnet) er-halt man eine Kurve, die einer Sinuskur-ve ahnelt. Eine Periode der Kurve ent-spricht einem Umlauf des Sterns, d. h. mankann aus dem Diagramm die Umlaufdauerdes Sterns und damit auch des Planetenablesen. Des Weiteren lasst sich die Am-plitude (großte Auslenkung) der Radialge-schwindigkeit ableiten. Aus diesen Großenlasst sich unter Zuhilfenahme des 3. kep-lerschen Gesetzes der Abstand r von Sternund Planet ausrechnen. Außerdem kannman mit Hilfe zweier weiterer Formeln dieMindestmasse des Exoplaneten ermitteln.

Zu beachten ist allerdings, dass man nurdie Mindestmasse und nicht die tatsachli-che Masse des Planeten ausrechnen kann.Das liegt daran, dass die gemessene Ra-dialgeschwindigkeit wegen einer moglichenNeigung der Bahnachse auch nur die unte-re Grenze der tatsachlichen Bahngeschwin-digkeit des Sterns angibt.

Photometrische Suche (in Formder Transit-Suche)

Prinzip und Konstellation Stern-Planet

Die photometrische Exoplanetensuche inForm der Transit-Suche basiert auf demPrinzip einer Miniaturfinsternis. Man kanneinen solchen Exoplanetentransit, bei demder Planet fur uns

”vor“ seinem Stern vor-

beizieht z.B. mit einem Venustransit vorder Sonne vergleichen. Allerdings gibt eseinen entscheidenden Unterschied, wennwir den Beobachtungspunkt auf der Er-de belassen. Dieser besteht im Abstanddes Beobachters zum beobachteten Sys-tem Stern-Planet. Wahrend bei einem Ve-nustransit vor der Sonne von der Erde ausgesehen der Strahlenverlauf unbedingt kon-vergent aufgezeichnet werden muss, genugtes bei einem Exoplanetentransit, der wie-derum von der Erde aus beobachtet wird,mit dem Modell des parallelen Strahlenver-laufs zu arbeiten (siehe Abbildung).

Um einen solchen Transit beobachten zukonnen, darf der Neigungswinkel zwischender Planetenbahnebene und der SichtlinieErde-Stern nicht zu groß sein. Zum Bei-spiel durfte beim System Sonne-Jupiter dieBahnneigung relativ zur Sichtlinie nichtgroßer als 0,1◦ sein, wenn wir einen Jupi-tertransit vor der Sonne von einem extraso-laren Standpunkt aus beobachten wollten.

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Lebenswelten im Kosmos – solare und extrasolare Planeten

Konvergenter Strahlenverlauf (s > r) undparalleler Strahlenverlauf (s >> r) ( c©Klaus-Ulrich Miltenberger 2006)

Beobachtung

Der Transit eines Exoplaneten wegen derriesigen Entfernungen nur durch eine Hel-ligkeitsabnahme des Zentralgestirns beob-achtet werden (siehe Abbildung).

Zeitlicher Verlauf eines Transits mitIntensitatskurve des Sterns ( c© Klaus-UlrichMiltenberger 2006)

Allerdings ist auch hierfur eine große Mess-genauigkeit erforderlich. So musste manbeispielsweise, wenn man Jupiter von ei-nem extrasolaren Standpunkt vor der Son-ne nachweisen wollte, eine Verdunkelungvon ca. 1% wahrnehmen. Dies entspricht

dem Helligkeitsabfall, der beim Verloscheneiner von 100 Kerzen entsteht. Fur dieErde vor der Sonne – wieder von ei-nem extrasolaren Standpunkt aus gesehen– lage der Anteil der Intensitatsabnahmeim Bezug zur Normalhelligkeit der Son-ne bei 0,00838%. Man musste also erken-nen, wenn von 12500 brennenden Kerzeneine verlischt. Heute kann mit manchenbodengebundenen Teleskopen schon eineso große Messgenauigkeit erreicht werden,dass man theoretisch einen jupitergroßenPlaneten entdecken kann. Mithilfe von sa-tellitengestutzten Teleskopen werden so-gar schon sehr viel großere Messgenauig-keiten erreicht, mit denen man sogar Pla-netentransite von erdgroßen Planeten ent-decken konnte. Das zweite Problem, dasman bewaltigen muss um Chancen auf ei-ne Planetendetektion mit dieser Methodezu haben hat damit zu tun, dass die Sicht-linie Beobachter-Stern zumindest fast inder Umlaufbahnebene des Planeten liegenmuss. Wenn wir nun annehmen, dass alleBahnlagen der Planeten gleich haufig vor-kommen und dass jeder Stern, den wir be-obachten, einen Planeten besitzt, so kon-nen wir ausrechnen, wie groß die Wahr-scheinlichkeit ist, dass ein Planet genauin diesem Moment von der Erde aus ge-sehen vor seinem Muttergestirn steht. Furdas System Jupiter-Sonne – betrachtet voneinem extrasolaren Standpunkt – ergibtsich dafur ein Wert von 2 · 10−7, also sindbei 10.000.000 Beobachtungen 2 Planeten-detektionen des Jupiter zu erwarten. Umdie Wahrscheinlichkeit einer Transitbeob-achtung zu erhohen, muss eine systema-tische Himmelsuberwachung durchgefuhrtwerden, wie sie schon jetzt in einigen Stern-warten und Forschungsprojekten verwirk-licht wird.

Anwendung der Suchmethoden

Die Anwendung dieser Suchmethoden kannman in die bodengebundene und die satel-

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Lebenswelten im Kosmos – solare und extrasolare Planeten

litengestutzte Exoplanetensuche untertei-len. Im Bereich der bodengebundenen Pla-netensuche gibt es viele verschiedene For-schergruppen, die an ihren Teleskopen bzw.Instituten weitgehend unabhangig von dengroßen astronomischen Institutionen agie-ren. Allerdings hat die Exoplanetensuche –jeder Art – inzwischen auch bei vielen Wis-senschaftsorganisationen eine hohe Priori-tat. So gibt es auch bei der bodengebunde-nen Suche einige Projekte, die von große-ren Einrichtungen geleitet werden. In die-sem Bereich wird der Schwerpunkt in dennachsten Jahren auf der Entwicklung undErprobung neuer Techniken zur Erhohungder Genauigkeit der Messungen liegen.

Im Bereich der satellitengestutzten Exopla-netensuche sind zurzeit sehr viele Projektein Vorbereitung (z.B. fur die Transitmetho-de: COROT, KEPLER, EDDINGTON; furdie Astrometrische Suche: GAIA), die – al-le von den großen Weltraumbehorden initi-iert – in den nachsten Jahren verwirklichtwerden sollen. Also wird man in diesem Ge-biet abwarten mussen, was diese Missionenan Erfolgen bereithalten, bevor man neueSchritte einleitet.

Absolut betrachtet sieht es zur Zeit auf derErfolgsskala so aus, dass die spektroskopi-sche Exoplanetensuche fast alle Entdeckun-gen fur sich beanspruchen kann. Die Tran-sitmethode kann nur einige wenige Erfolgevorzeigen und die astrometrische Planeten-suche konnte bisher keine einzige Planeten-detektion verzeichnen.

Es ist aber wahrscheinlich, dass die pho-tometrische Planetensuche in der nahenZukunft sehr erfolgreich sein wird, wenndie vielen Satellitenmissionen verwirklichtwerden. Auch die astrometrische Planeten-suche hat Zukunft, wenn erst einmal dienotige Messgenauigkeit erreicht wird. Diespektroskopische Suchmethode wird wahr-scheinlich eine erfolgreiche Methode blei-ben – wenn auch vielleicht nicht die einzige.

Vor- und Nachteile der einzelnenMethoden

Vorteile NachteileAstrome-trischeMethode

Erfassen vonWerten ohneZusatzannah-men moglich,beinahe un-abhangig vonBahnachsennei-gung

Extrem hoheMessgenauigkeitnotig,keine Informa-tionen uberPlanetengroßemoglich

Transit-methode

Keine allzugroße bzw.unerreichbareMessgenauig-keit erforder-lich,zur Zeit einzigeMethode, mitderen Hilfeman Radiender Planetenberechnen kann

Abhangigkeitvon der Bahn-neigung,keine Aussagenzur Planeten-masse moglich

Spektros-kopischeMethode

Die am ein-fachsten zuverwirklichendeMethode,bisher erfolg-reichste Metho-de

Massen kon-nen stets nurin Minimalwer-ten angegebenwerden (Abhan-gigkeit von derBahnachsennei-gung),keine Informa-tionen uberPlanetengroßemoglich

Planetensysteme im ModellJulian Braun, Jannik Zurn

Einleitung

Eines unserer Ziele bei der Science Acade-my war es, im Kurs Astronomie, den Auf-bau und die Dimnesionen der Planetensys-teme zu verstehen. Um dies besser begrei-fen zu konnen, wollten wir uns das Sonnen-system und das extrasolare Planetensystem55 Cancri

”auf den Campus holen“. Aber

wie sollte das funktionieren? Moglich wardies nur mit einem Modell.

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Weshalb stellen wir Planetensysteme imModell dar?

Diese Frage wollen wir anhand des Sonnen-systems beantworten. Unsere Erde ist ei-ner von acht Planeten, die den Stern Sonneumlaufen. Da die Planetenbahnen elliptischsind, haben die einzelnen Planeten je nachZeitpunkt einen unterschiedlichen Abstandzur Sonne. Bei unseren Uberlegungen wur-de deshalb ein gemittelter Wert verwendet.

Man kann sich das solare Planetensystem,seinen Aufbau und seine Dimensionen aufunterschiedliche Weise vertraut machen.Wissenschaftlich geschieht dies durch Mes-sungen, Beobachtungen und Berechnun-gen. Die Ergebnisse werden in Facharti-keln veroffentlicht, d. h. sie bleiben nur ei-nem engen Kreis von Spezialisten vorbe-halten. Ein Problem der Wissensverbrei-tung besteht darin, die Forschungsergeb-nisse fur die Allgemeinheit verstandlich zumachen. Beispielsweise ist die Ausdehnungdes Weltalls nur schwer zu erfassen. Dar-an andern auch die wissenschaftlichen Maß-einheiten nichts, denn man kann die Ent-fernung von einem Lichtjahr oder das MaßAstronomische Einheit (mittlerer AbstandErde-Sonne) nicht gedanklich auf das eige-ne Umfeld der Erde projizieren.

Daraus entstand die Idee, den Aufbau unddie Dimensionen unseres solaren Planeten-systems zu veranschaulichen, so dass dieAbstande zur Sonne und zu ihren Nach-barplaneten mit einem Blick erfassbar wer-den konnen. Speziell die Darstellung derim Planetensystem zu uberwindenden Di-stanzen brachte uns dazu, als Modell einenzu Fuß begehbaren Planetenweg zu wahlen.Ein solcher veranschaulicht unserer Mei-nung nach am besten, welche Abstande zurSonne bzw. zwischen den Planeten beste-hen. Wir wissen, wie lange eine Reise miteiner Rakete zu unserem Trabanten Monddauert. Auch wissen wir, dass die Sondenzu den Nachbarplaneten bereits mehrereJahre unterwegs sind, ehe sie Bilder und

Daten von dort liefern. Wie lange mussman dann erst unterwegs sein, um unsergesamtes Sonnensystem zu bereisen? Umdiese Dimensionen zu erleben, bietet es sichan, sie am eigenen Korper fuhlen zu kon-nen. Ein Planetenweg ermoglicht dem Be-trachter, die riesigen Entfernungen zu er-fassen.

Das solare Planetensystem im Modell

In unserem Planetenweg stellen wir dasSonnensystem mit seinen acht Planetendar. Damit wollten wir die Großenverhalt-nisse des solaren Planetensystems auf ei-nem kleinen, uberschaubaren Raum dar-stellen.

Planet Durchmesserim Modell

Abstand zurSonneim Modell

Merkur 0,11 mm 1,29 mVenus 0,27 mm 2,40 mErde 0,28 mm 3,32 mMars 0,15 mm 5,06 mJupiter 3,17 mm 17,28 mSaturn 2,68 mm 31,73 mUranus 1,13 mm 63,74 mNeptun 1,10 mm 100,00 m

Unser Planetenwegsmodell fur das Schulgelande.

Das extrasolare Planetensystem imModell

Die meisten bisher entdeckten extrasolarenPlaneten umlaufen nach heutigen Erkennt-nissen als einzelnes Objekt ihr Zentralge-stirn, aber vereinzelt konnten bereits Sys-teme mit mehreren Planeten ausgemachtwerden. Zum Vergleich zwischen useremSonnensystem und einem extrasolaren Pla-netensystem bot sich das System 55 Can-cri um den Stern 55 Cancri A an. Folglichnahmen wir es in unseren Planetenwander-weg auf. Die Besonderheit an dem System55 Cancri ist, dass es derzeitig das einzigebekannte System mit vier Exoplaneten ist.

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Die Abbildung zeigt, wie man sich diesesExoplanetensystem vorstellen konnte.

Kunstlerische Darstellung der Planeten imSystem 55 Cancri, [6].

Es besitzt verschiedene Typen von Exopla-neten, genau wie unser Sonnensystem auchunterschiedliche Typen von Planeten auf-weist. Außerdem ist dieses System ein gu-tes Vergleichsobjekt zu unserem Planeten-system, da die Planeten keine allzu weiteDistanz zu ihrem Stern haben, weshalb eskeine großen Probleme mit dem Maßstabgibt – vgl. hierzu auch die vereinfachte Dar-stellung in der Abbildung.

Schematischer Vergleich der Planetenabstande,[7].

Der vierte Planet im System 55 Cancriwurde erst vor zwei Jahren entdeckt, waszeigt, dass derzeit erfolgreich nach Exopla-neten gesucht wird. Die Wissenschaft er-hofft sich davon viele Erkenntnisse uber die

Entstehung und Veranderung im Weltraumund eventuelle Lebenswelten.

Aufbau des Planetenwegs

Wir hatten verschiedene Ideen fur die Ge-staltung des Planetenwegs. Die Darstel-lung der Planeten als Kugeln scheiterteam Mangel der Materialien in entsprechen-der Große. Stattdessen entschieden wir unsfur zweidimensionale Modelle. Diesen ha-ben wir zur besseren Vorstellung eine nichtmaßstabsgetreue Abbildung hinzu gefugt.Uns allen war es wichtig, dass die Besucherwichtige Informationen uber den jeweiligenPlaneten oder Stern erhielten. Dazu stell-ten wir Bilder und einzelne Fakten auf Ta-feln zusammen. Von den extrasolaren Pla-neten sind keine Aufnahmen vorhanden, dasie zu weit von der Erde entfernt sind.

Als Ausgangspunkt des Weges haben wirdie Zentralgestirne der Systeme, die Sonneund 55 Cancri, ausgewahlt. Da der Plane-tenwanderweg 100 Meter Lange nicht uber-steigen durfte, waren die Planeten zumTeil sehr klein. Wir stellten deshalb diesePlaneten als schwarze Punkte auf weißemGrund dar. Die 100 m entsprechen demBahnradius des außersten Planeten Nep-tun, der im Mittel 4497 Millionen km vonder Sonne entfernt ist. Somit entspricht 1cm in unserem Planetenweg 449.700 km imWeltall. Alle weiteren Planeten werden ent-sprechend diesem Maßstab in den Plane-tenweg integriert.

Vergleich der beiden Systemmodelle

Das Sonnensystem ist im Vergleich zu denextrasolaren Systemen ungleich besser er-forscht. Aufgrund der Verbesserungen derSuchmethoden treten bei den extrasola-ren Systemen haufig Veranderungen aufund Neuerkenntnisse werden gewonnen, dastandig neue Planeten entdeckt werden.

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Sternebeobachtungen desAstronomiekurses

Katrin Ganzenberg

Freitag, 1. Tag, abends, AdelsheimSportplatz

Schon am ersten Abend der Akademie hat-ten wir Gluck: Nach wochenlangem wolken-verhangenem Himmel konnten wir endlichden Sternenhimmel erkunden. Dick einge-packt in Pullover und Jacken gingen wir zu-sammen auf den Sportplatz. Unsere Kurs-leiter zeigten uns Sternbilder wie Kassio-peia, Herkules oder das Sommerdreieck,das aus den drei Sternen Wega, Atair undDeneb gebildet wird. Wir lernten mit Hilfedes Großen Wagens, wie man den Polars-tern und somit auch die HimmelrichtungNorden finden kann. Der Polarstern gehortgenauso wie der Große Wagen, der Klei-ne Wagen, Kassiopeia oder Kefeus zu denZirkumpolarsternen. Das sind Sterne, dienie untergehen und auch das ganze Jahram Sternenhimmel zu sehen sind, weil siesich in der Nahe der verlangerten Erdach-se befinden. Da der Großteil von uns nichtwusste, wie die meisten Sternbilder ausse-hen, war es am Anfang ziemlich schwer, dieSterne als zusammenhangendes Bild zu er-kennen. Doch Dank Olafs Laser und desKurses am nachsten Tag, in dem wir dieSternbilder noch einmal bei Tageslicht undan der Tafel besprachen, kannten wir unsziemlich schnell am Himmel aus.

Dienstag, 5. Tag, ca. 21:00 Uhr, zwi-schen Adelsheim und Osterburken

Kurz nach unserer bis dahin einzigen Be-obachtung kam unsere

”große“ Nacht. Der

Astrokurs hatte geplant, eine Nachtwande-rung anzubieten, bei der wir den anderenAkademie-Teilnehmern in Gruppen zu je-weils 15 Leuten den Nachthimmel erkla-ren sollten. Die Strecke betrug ungefahrzwei Kilometer und fuhrte zu einer offenen

Wiese, auf der unsere Kursleiter Deckenausgebreitet und Teleskope aufgestellt hat-ten, damit wir die Sterne auch noch

”aus

der Nahe“ anschauen konnten. Der Wegbis zu unserem Zielort verlief durch denWald, was zum Sternebeobachten natur-lich ungeeignet war. Aber auf einigen Lich-tungen konnten wir trotzdem einen Blickauf den Sternenhimmel werfen. Dort er-klarten wir den Teilnehmern die verschie-denen Sternkonstellationen und beantwor-teten so gut wir konnten die Fragen, die unsgestellt wurden. Die Teilnehmer der zwei-ten Gruppe werden diesen Abend wahr-scheinlich nicht so schnell vergessen: Die-se Gruppe vergaß fasziniert vom Sternen-himmel uber ihr, den richtigen Weg ein-zuschlagen. Unbekummert und noch nichtsvon dem sich anbahnenden Ungluck ah-nend ignorierten sie die Abzweigung, diesie zur Endstation und damit in den Schutzder

”Herde“ gebracht hatte, und wanderte

immer tiefer in den dunklen Wald hinein.Erst nach weniger Zeit wurde ihr langsamklar, dass sie sich nicht mehr auf dem vor-gesehenen Weg befand. Doch dann hattejemand die rettende Idee: Die Gruppe kehr-te um und fand auch bald die Abzweigung,die sie sicher zum Zielort brachte. Nach ei-nem langeren Aufenthalt auf der besagtenWiese sammelten sich die Gruppen wieder,um zuruck zum Akademiegelande zu ge-hen. Dort, genauer gesagt im Treppenhausdes LSZU II, wurde dann auch die legen-dare Treppen- KuA gegrundet, die in einemanderen Bericht noch genauer beschriebenwird.

Samstag, 9. Tag, Mitternacht, ein ein-samer Acker bei Adelsheim

An diesem Tag gingen zum dritten MalSterne beobachten, doch dieses Mal beson-ders ausfuhrlich. Unsere Kursleiter plan-ten, mit uns auf ein offenes Feld außer-halb der Stadt und somit auch weiter ent-fernt von den vielen Lichtern zu fahren,auf dem wir mehr Zeit hatten um uns dem

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Sternenhimmel zu widmen. Als die ande-ren ins Bett mussten, machten wir uns aufden Weg. Am Ziel angekommen suchtenwir mittels drehbarer Sternkarten, auf de-nen man alle zu einem bestimmten Zeit-punkt sichtbaren Sternbilder finden kann,und mit Hilfe unserer Kursleiter noch ein-mal die Sternbilder, die wir kennen gelernthatten. Wir sahen der Andromeda- Gala-xie beim Aufgehen zu und beschaftigtenuns mit dem

”Reiterlein“, dem Begleiter

des mittleren Sterns in der Deichsel desGroßen Wagens, den man beim Betrach-ten durch ein Teleskop sogar als Doppels-tern erkennen kann. Gegen Ende unsererBeobachtungsnacht versuchten wir ein Fotomittels Doppelbelichtung von uns und demHimmel uber uns aufzunehmen. Ein solchesFoto hat eine Belichtungszeit von mehre-ren Minuten, sodass am Ende ein Foto ent-steht, auf dem man die Sterne ihre Bah-nen ziehen sieht. Diese Belichtungszeit galtallerdings nur fur die Sterne, wir musstenuns jedoch nicht langer als ein paar Sekun-den ablichten lassen. Der nachtliche Aus-flug dauerte gut drei Stunden, und als wirdann kurz nach eins zuruckkamen, stelltenwir fur die gesamte Akademie einen Rekordim

”leise Zahne putzen und ins Bett gehen“

auf. Wie lautstark wir dann am nachstenMorgen jedoch unseren Kaffee verlangten,muss wahrscheinlich nicht weiter erlautertwerden.

Die chinesischen Schuler inunserem Kurs

Nicole Schwarz

Zu unserem Kurs gehorten drei chinesischeSchuler: Paul, Joyce und Nina. Wir nann-ten sie bei ihren englischen Namen, da ih-re echten fur uns fast unaussprechbar wa-ren. Sie sprachen sehr gut Englisch. Da-mit sie in den Kurs eingebunden werdenkonnten, wurde der Großteil des Kurses aufEnglisch abgehalten, was fur uns sehr er-

heiternd war, da unser Englisch des ofte-ren deutsche Ausdrucke enthielt. Wahrendder Kursarbeit und den Exkursionen hat-ten wir Gelegenheit die drei besser kennen-zulernen und einiges uber China zu erfah-ren. Wir alle erweiterten unseren chinesi-schen Wortschatz von ca. 0 auf etwa 15Worter, worauf wir jetzt noch stolz sind.Wie alle Kursteilnehmer hielten auch sieVortrage, die uns einen interessanten Ein-blick in die Entwicklung der Astronomieund Raumfahrt in China gaben. Wir wa-ren auch sehr erstaunt, wie die chinesischenAstronomen der Antike bereits vieles uberdie Sterne herausgefunden hatten.

Der Abschied von ihnen viel uns sehrschwer und wir freuten uns uber die kleinenGeschenke, die sie uns am Ende uberreich-ten. Wir sind alle sehr froh, dass sie unse-re Tage in der Akademie bereichert habenund wurden uns sehr uber ein Wiedersehenfreuen.

Dr. Cecilia Scorza de ApplNicole Schwarz

Die Diplom Physikerin und promovierteAstronomin stellte uns die Arbeit einesAstronomen vor und verschaffte sich einenEinblick in unsere Kursarbeit. Sie erforsch-te funf Jahre lang an der Landesstern-warte Heidelberg die Eigenschaften ellip-tischer Galaxien. Spater verließ sie denForschungsbereich und widmete sich demLehrberuf. So grundete sie die Astronomie-schule fur Schuler und Lehrer an der Lan-dessternwarte Heidelberg.

Auch uns hielt Dr. Cecilia Scorza de Ap-pl einen sehr interessanten Vortrag uberGalaxien, die Entstehung des Universumsund ein wenig griechischer Mythologie. Siewahlte die Geschichte des Phaetons. AlsBeweis seiner gottlichen Abstammung ver-langte jener von seinem Vater, dem Son-nengott Helios, seinen Sonnenwagen len-ken zu durfen. Obwohl Helios ihm von dem

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Wunsch abriet, ließ Phaeton sich nicht beir-ren. Als er den Wagen durch die furchtein-floßenden Sternbilder lenkte, bekam er inPanik und der Wagen geriet außer Kontrol-le. Dadurch wurde der Himmel und die Er-de versengt. In der Not musste Zeus Phae-ton toten.

Wir verglichen den Inhalt des Mythos, inwelchem der scheinbare Weg der Sonne zwi-schen den Sternen beschrieben ist, mit demheute bekannten scheinbaren Weg. Wir wa-ren sehr erstaunt wie viele Ubereinstim-mungen es gab und wie viel schon Oviduber den Sternenhimmel wusste. Selbstver-standlich stand sie uns wahrend ihres zwei-tagigen Aufenthalts fur Fragen zur Verfu-gung und half uns bei unserer Kursarbeit.

Besuch beim MPIANicole Schwarz

Am Samstag, den 9.9.2006, unternahm derAstronomiekurs eine Exkursion zum Max-Planck-Institut fur Astronomie (MPIA).Fruh morgens fuhr unser wie immer gut ge-launter Kurs mit unseren Kursleitern, Ge-org, Olaf und Celia, in zwei Kleinbussen los.Schließlich kamen wir an unserem Ziel, demMPIA in Heidelberg, an.

Am Haupteingang wurden wir von demExoplanetenforscher Dr. Sebastian Wolfempfangen, der uns an diesem Tag einenkleinen Einblick in seine Arbeit gewah-ren und uns etwas uber die Geschichteund Funktion des MPIA erzahlen wollte.1975 wurde das Institut eroffnet und wid-met sich seit dem der Vorbereitung undAuswertung astronomischer Beobachtun-gen und der Entwicklung neuer Messtechni-ken und -verfahren. Nach einer kurzen Fuh-rung durch das MPIA erzahlte uns HerrWolf noch einiges uber Exoplaneten. Wirdurften Zwischenfragen stellen wann im-mer wir wollten und so hatte Herr Wolfdie meiste Zeit damit zu tun unsere neu-gierigen Fragen zu beantworten. Diese be-

antwortete er bereitwillig, und man erkann-te leicht, dass er nicht umsonst ein sehrangesehener Astronom ist. Zum Abschlusserklarte er uns, welche Vorraussetzungenman braucht um Astronom zu werden undworin die Arbeit eines Astronomen besteht.Die erste Aufgabe an einem Arbeitstag vonAstronomen werden wir wohl nie verges-sen: E-Mails von anderen Astronomen, dieuber die ganze Welt verteilt arbeiten, lesen.Nachdem wir dem Astronomen ca. 2 Stun-den Locher in den Bauch gefragt hatten,machten wir draußen ein Gruppenfoto mitihm.

”Der kleine Astronom“, Dr. Wolf und wir

Nach der Starkung auf der Wiese unter-halb der Bergstation des Konigstuhls be-suchten wir die Landessternwarte Heidel-berg, die nahe dem MPIA auf dem Konigs-stuhl liegt. Dort erkundeten wir einen Pla-netenwanderweg, wie wir ihn bauen wolltenund Georg erzahlte uns von seiner fruherenArbeit an der Sternwarte.

Die darauf folgende Heimfahrt verlief rechtschweigsam, da wir nach diesem anstren-genden, aber vor allem interessanten Tagalle sehr erschopft waren und nur noch einZiel hatten: schlafen!

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Vorstellung derKursteilnehmer

Mariette Bantel Wenn die kleine Jeddoim Kurs nicht gerade kreativ mit Stiftund Zeichenpapier zugange ist, kann esschon mal vorkommen, dass man sie we-cken muss. Richtig wach ist sie eigentlichnur bei den Bandproben zu

”Mestizaje“!

Sußigkeiten bescheren ihr oft schlimmeBauchschmerzen. . . ”Lass uns was in dieLuft jagen!“

Sebastian Neu Von den meisten einfachnur Fritz genannt, mal Mobius, mal Tech-niker, der Master of Powerpoint stammtdaher,

”wo der Spargel wachst“. In seiner

Freizeit spielt er Orgel und perfektioniertseinen

”Hammer Akzent“.

Tabea Tscherpel Tabsi ist die absoluteSternbildkennerin, die in Gummihose undFließjacke nur allzu gern eine Nacht aufdem Feld zum Tag macht. Außerdemist sie die Liebenswurdigkeit in Person.Nur, was sie vier Wochen in Schwedengetrieben hat, will sie uns nicht erzahlen. . .

Matthias Amador Das fotoscheue,hyperaktive Streifenhornchen entwickeltim Laufe der Akademie ausgepragte Essge-wohnheiten, die immer mit den Zeiten derPlenarversammlungen zusammenfallen. Zujeder anderen Zeit hat er ohne Zweifel eineGitarre im Arm und schreit nach Kaffee!!. . .

”Ich will aber den Uranus, der rollt so

schon!“

Nicole Brenner Die immer gutgelaunteLady in Pink verbringt ihre Freizeit mitICQ, Grinsen und Stolpern. Durch ihrenknuffigen Nici-Gurtel und ihren

”absoluuu-

uuut nicht existenten“ Dialekt erreicht sieden Status Kurskuschelteddy.

Klaus-Ulrich Miltenberger Extra, umden Chinesen keine Zungenverrenkungenzu bereiten, fuhrt er einen Decknamen fursich ein: K.-U. Zu schade, dass dieses Kur-zel ausschließlich von den deutschen Akade-mieteilnehmern ubernommen wurde. Mr.Macintosh war unser stilistisches Sprach-rohr. Aufsehen mussten wir zu ihm ohne-hin. . . er war einfach der großte.

Katrin Ganzenberg Das Killerqueen-katzchen Kadrun verfugt uber einen her-vorragenden Orientierungssinn, dem eineNachtwanderungsgruppe einen uberlangenSpaziergang verdankt. :) Nichts und nie-mand kann die Skaband-Saxophonistin vonder Treppen KuA in Adelsheim fernhalten,oder gar ihrer Putzigkeit widerstehen:

”Wi

schraibt mahn Gihtahre?“

Julian Braun Trotz allem Fachwissenfehlt es ihm an Routine beim Benutzen vonICQ, was zur Folge hatte, dass keiner so ge-nau wusste, warum er zu spat zum Doku-Wochenende kam. Bei all seinen Versuchenachtet er darauf, kein unnotiges Material inMitleidenschaft zu ziehen, und so mussenBabyflaschchen schon mal zur Simulationder Kugelformbildung dienen.

Andra-Lisa Hoyt Das Kursklima wirddurch unsere schwabische Halbamerikane-rin Andu mit

”Quietsch-Tchiuuu-Hatschiii“

an den passendsten Stellen ungemein auf-gelockert. Das Lieblingswort der gothischenMittelalter-Orgelmaus ist

”Orgie“ und sie

leidet unter Paranoia im Dunkeln, wiegigantischen Hasenmardern und Morder-hasen. Der absolute Beweis, dass der ersteEindruck auch trugen kann.

Jannik Zurn Der geniale Rhetoriker istein stilles Wasser, aber ein tiefes. Seeeehrtiefes. Er ist immer der Ruhigste vonallen und unterhalt sich gerne mit denChinesischen Austauschschulern. DenKugelschreiberdieb haben wir alle sehr liebgewonnen.

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Celia Viermann, Schulermentorin Diebegnadete Tanzerin sieht aus wie’n Engel,ist nett wie’n Engel, strahlt wie’n Engel. . .ist’n Engel! Ihr selbstgesetztes Koffeein-limit uberschritt sie zwar, aber dafur halfsie jedem die Prasentationen bis ins kleins-te Detail zu perfektionieren. Ein dunklesGeheimnis: Mit Schokolade ist sie bestech-lich...

Georg Wilke, Kursleiter Er, der großeAstro-Erklarbar, hutet Kaffee wie seinenAugapfel. Die Kursteilnehmer mussten sicheiner harten Messlatte stellen, um am Ende

”ganz sicher vielleicht“ ein Becherchen des

kostbaren Getranks zu erhaschen. Er istehrgeizig und zielstrebig, aber ein richtignetter Kerl. So nett, dass ihm ein Stand-chen gewidmet wurde:

”Ein Hoch auf un-

ser’n Busfahrer, Busfahrer, Busfahrer!“

Georg erzahlt etwas uber den Planetenwanderweg

Olaf Fischer, Kursleiter”Querfeldbeet“

gesehen ist er ganz lieb und besitzt wie

”unsere Vorfahren in einer Million Jahren“

ein Laserschwert, sprich den Special-As-tronomer-Laserpointer. Unser Austausch-Kursleiter aus

”Tairingia“ fotografiert gern

hilflos schlafende Streifenhornchen, ist abersonst ein angenehmer Zeitgenosse. . . . bisdas Abendessen fertig ist.

”Auf geht’s! Es

gibt Abendbrot!“

Alle ”Astros“ zu Besuch in der Landessternwarte Heidelberg

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Quellenverzeichnis

[1] http://sse.jpl.nasa.gov/multimedia/gallery/PIA03153.jpg, 04.10.06, 16:39

[2] http://nssdc.gsfc.nasa.gov/image/planetary/saturn/saturn_rings_false.jpg,05.10.06, 07:24

[3] http://origins.jpl.nasa.gov/stars-planets/images/ra4-protoplanetary-disk.jpg,09.10.06 15:10 Uhr

[4] http://www.hao.ucar.edu/public/research/stare/IMAGES/astrometry.gif, 2.10. 06, 17:37

[5] http://www.star.ucl.ac.uk/∼rhdt/diploma/lecture_2/astrometry.jpg, 2. 10. 06, 17:32

[6] http://www.firstscience.com/SITE/images/article/apps/cancri_hl.jpg, 28.09.06, 17:39

[7] http://www.jpl.nasa.gov/images/newplanets/55cancri.jpg, 28.09.06, 17:36

[8] O. Fischer: Extrasolare Planeten – Entdeckung im Klassenraum,Astronomie+Raumfahrt im Unterricht, 6/2005, S. 10-18

[9] S. Seager: Ferne Welten entfullen, AstronomieHeute 4/2006, S. 19-20

[10] Prof. em. W. Pfau: Fremde Planetensysteme im All, DOSSIER, Planetensysteme,1/2004, Stern und Weltraum, S. 10-11

[11] Prof. em. W. Pfau: Fremde Planetensysteme im All, DOSSIER, Planetensysteme,1/2004, Stern und Weltraum, S. 10-11

[12] Prof. J. Wambsgauß: Auf der Suche nach Planeten bei anderen Sternen DOSSIER,Planetensysteme, 1/2004, Stern und Weltraum, S. 70-84

[13] F. Gondolatsch, G. Groschopf, O. Zimmermann: Astronomie II : Fixsterne und Stern-systeme Klett-Studienbucher Physik; Ernst Klett Verlag, Stuttgart 1979

[14] Bergmann-Schaefer, Lehrbuch der Experimentalphysik; Band III, Optik, S. 616-630;Hg. : H. Gobrecht; Walter de Gruyter & Co., Berlin 1973

[15] Heike Rauer, Holger Voss: Sterne und Weltraum, Dossier Planetensysteme : S. 86-91”Die Transit-Methode zur Suche nach extrasolaren Planeten

[16] A. Unsold, B. Baschek: Der neue Kosmos - Einfuhrung in die Astronomie und Astro-physik; Springer Verlag, 2002, 7. Auflage, S. 519, S. 136-138

[17] http://www.exoplanet.de/transits 29.10.2006; 10:40

[18] http://obswww.unige.ch 29.10.2006; 10:40

[19] http://exoplanet.eu 29.10.2006; 10:40

[20] http://exoplaneten.de/55Cancrib/index.html 29.10.2006; 10:40

[21] Ravensburger Schulerlexikon, Ravensburger Buchverlag

[22] http://exoplanet.eu/catalog.php 29.10.2006; 10:40

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