Das nächste uns bekannte Planetensystem in 10 Lichtjahren Entfernung ist Epsilon Eridani. Wie heißt es so schön? Warum in die Ferne schweifen…

Tatsächlich hat sich in den letzten 10 Jahren einiges getan bei der Erforschung dieses speziellen Planetensystems. Bereits die ersten Kenndaten zeigen Parallelen aber auch große Unterschiede zu unserem Planetensystem:

Der Stern Epsilon Eridani ist annähernd sonnenähnlich, etwas kleiner und leuchtschwächer, aber andererseits viel jünger. Mit einem Alter von 800 Millionen Jahren ist der Stern im bestem Backfischalter, die Planetenentstehung wurde vermutlich “gerade erst” abgeschlossen. Direkt vor unserer Haustür ergibt sich also ein Blick zurück in die Vergangenheit. Es würde dem Erdzeitalter des Hadaikum entsprechen. Als die Planeten noch heiße Magmakugeln waren, die allmählich abkühlten, eine Kruste, eine Atmosphäre und ein Urmeer bildeten.

Dementsprechend verwundert es auch nicht wirklich, dass hier noch jede Menge Geröll rumschwirrt. Sei 1998 kennen wir den äußeren Ring aus Eis und Staub. So etwas Ähnliches haben wir auch, sogar in ähnlicher Entfernung zum Zentralstern: den Kuipergürtel. (Vermutlich gehört der degradierte Zwergplanet Pluto eigentlich dazu.)

2000 wurde dann der erste Planet Epsilon Eridani b entdeckt. Wenn wir großzügig sind, entspräche dieser Planet ungefähr unserem eigenen Jupiter. Übrigens wurde der Planet von Kollegen um Artie Hatzes entdeckt, dem Leiter der Thüringer Landessternwarte.

Weil es in dem Epsilon Eridani-Kuipergürtel Klumpen zu geben scheint, wird seit einigen Jahren die Existenz eines weiteren Planeten vermutet, dessen Gravitation diese Klumpen verursachen könnte. Dieser könnte so groß wie Neptun sein, würde aber im Vergleich dazu weiter draußen kreisen.

Vor kurzem, am 27. Oktober gab Dana Backman neue Ergebnisse der Beobachtungen mit dem Spitzerteleskop bekannt. Dieses Instrument sieht im Infrarotbereich und ist besonders geeignet zum Aufspüren von Staub: Epsilon Eridani hat demnach nicht nur einen Kuipergürtel, der Stern hat auch einen Asteroidengürtel in einer Entfernung von etwa 3 Astronomischen Einheiten (AE). Ungefähr da, wo sich auch in unserem Sonnensystem der Asteroidengürtel befindet. Außerdem gibt es da noch einen weiteren Gürtel in 20 AE Entfernung.

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Bild (NASA/JPL-Caltech):
Künstlerische Darstellung von Epsilon Eridani mit den zwei Asteroidengürteln und dem äußeren Kometengürtel. Wahrscheinlich werden sich die Asteroidengürtel und der äußere Kometengürtel ausdünnen. Körper werden kollidieren, sich gegenseitig vernichten oder herauskatapultieren.

Und hier hört dann die Ähnlichkeit auf. So etwas haben wir nicht. Das ist dann ganz spezifisch für unsere Nachbarn. Obwohl sich interessanterweise vielleicht gleichzeitig eine weitere Ähnlichkeit offenbart. Denn eigentlich lässt sich die Existenz gleich zweier Asteroidengürtel ziemlich einfach durch einen dritten Planeten erklären, der genau zwischen dem sicher nachgewiesenen Epsilon Eridani b (der Jupiter-Analogie) und dem noch umstrittenen Epsilon Eridani c (der Neptun-Analogie) liegt. Und was liegt bei uns zwischen Jupiter und Neptun? Der Gasriese Uranus. Die Gravitation dieser Planeten würde die Asteroiden in die Gürtel zusammentreiben. So wie Schäferhunde eine Schafherde.

Warum haben wir dann nur einen Asteroidengürtel und nicht zwei wie der Nachbar? Meine erste Vermutung wäre, dass unser Planetensystem dafür zu eng gesetzt ist. Bei Epsion Eridani kreist die Neptun-Entsprechung (Epsilon Eridani c) bei 40 AE (Neptun ist bei uns bei 30 AE). Wenn denn dieser Planet existiert. Aber ich vermute, so langsam verdichten sich die Hinweise. Dafür kreist die Jupiter-Entsprechung bereits bei 3,4 AE (Jupiter befindet sich bei uns bei 5,2 AE). Ist aber wie gesagt nur eine Vermutung meinerseits. Eigentlich müsste Florian drüben dazu was sagen können. Ist schließlich sein Fachgebiet 😉

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Bild (NASA/JPL-Caltech): Vergleich zwischen dem jungen Epsilon Eridani und dem Sonnensystem. Asteroiden (braun), Kometen (blau) und Planeten (weiße Punkte). Es wird vermutet, dass am Rand der beiden Asteroidengürtel Planeten kreisen, welche die Asteroiden zu einem Gürtel zusammentreiben.

Ein weiteres Detail am Rande. Eigentlich verträgt sich der Asteroidengürtel bei 3 AE nicht mit der Beobachtung der Umlaufbahn von Epsilon Eridani b. Denn eigentlich sollte dessen Bahn sehr exzentrisch sein. Wenn dem aber so wäre, dann würde der Planet ständig den Asteroidengürtel kreuzen. Und ein Jupitergasriese, der da durchpflügt, tut so einem Geröllhaufen gar nicht gut. Er würde vieles aufsaugen und den Rest zerstreuen. Innerhalb kürzester Zeit – astronomisch gesehen – wäre er weg.

Dana Backman und Kollegen vermuten daher, dass der Planet eine kreisförmigere Umlaufbahn hat als angegeben. Hmm, da muss ich mal Anfang Dezember Artie fragen, was er dazu sagt.

Wer weiß? Vielleicht hängt auch die neue Entdeckung, welche die NASA groß angekündigt hat, damit zusammen? Es wäre z.B. ziemlich cool, wenn Hubble zum allerersten Mal vom extrasolaren Planeten reflektiertes Sternenlicht aus diesem System aufgefangen hätte. So etwas ist bislang noch nie gelungen. Das wäre aber einer der notwendigen Schritte zur genauen Analyse der Atmosphäre eines extrasolaren Planeten. So wie es letztens Venus Express exemplarisch bei der Erde getan hat.

P.S.: Für Science-Fiction Fans ist vielleicht folgendes interessant. Die Raumstation Babylon 5 wurde vom Autor nach Epsilon Eridani versetzt, einige Asimov-Romane spielen dort. Ich meine mich auch zu erinnern, dass Mr. Spocks Heimatplanet Vulkan dorthin gesetzt wurde. Falls ein erdähnlicher Planet dort gefunden wird, wäre der Name Vulkan sogar ziemlich passend. Wie bereits oben erwähnt, wird es da wahrscheinlich sehr heiß sein, weil ein solcher Planet gerade erst abkühlen würde. Demensprechend wäre es aber für Leben dort wahrscheinlich noch viel zu früh. Von daher ist mit Besuch von spitzohrigen Wissenschaftlern frühestens in ein paar Milliarden Jahren zu rechnen 😉

Kommentare (8)

  1. #1 Christian A.
    November 13, 2008

    Sehr cool (äh, hot).
    Ich kenne mich in der Materie gar nicht aus. Aber wie ist das denn eigentlich: Hat man die Erhaltung eines Staubringes durch Planeten mit Hilfe von Simulationen nachgewiesen? Ich habe mal ganz am Anfang meines Studiums Erstsemesterpraktikum bei einem Theorie-Professor gemacht, dessen Steckenpferd die klassische Mechanik ist. Unsere Aufgabe war es, mit Hilfe einer Simulation des eingeschränkten Dreikörperproblems den Ort der Trojaner aufzuspüren.
    Mich interessiert, wie man sowas mit den Staubscheiben (oder Asteriodengürteln, alles eine Frage des Maßstabes 🙂 )macht. Wenn das nicht fix in Worten zu erklären ist, dann solls so sein 🙂

  2. #2 Ludmila
    November 13, 2008

    @Christian A.: Ja, so etwas wurde bereits nachgewiesen. So entstehen die Ringe des Saturns. Da sind die Saturnmonde die Schäferhunde und bei unserem eigenen Asteroidengürtel ist der Jupiter der Schäferhund.

    Hier geht man mit numerischen Mehrkörpersimulationen dran, die aber keine analytischen Lösungen liefern, sondern nur statistische aussagen machen können. Welche Bahnen über längere Zeiträume stabil sind und welche chaotisch und damit auf lange Sicht instabil sind. Das ist Florian Freistetters Fachgebiet. Auf dem Nachbar-Blog. Der kann Dir dazu sicherlich mehr sagen. Ich hab so etwas nur im Rahmen einer Sommerschool in Potsdam gemacht. Gell, Florian 😉

  3. #3 Tors10
    November 13, 2008

    Ich wette eine Veranschaulichung von solchen Simulations-
    ergebnissen wäre auch interessanter Stoff für die Astroblogs.

  4. #4 florian
    November 13, 2008

    @Ludmila: Also Mr. Spock kommt von 40 Eridani; nicht Epsilon Eridani 😉

    @Christian A: Der “Nachweis” von Planeten mittels dynamischer Simulation von Staubscheiben geht in etwa so:

    1) man beobachtet (z.B. mit dem Weltraumteleskop Spitzer) einen Überschuß an Infrarotstrahlung bei einem Stern. Das ist dann ein Hinweis auf viel Staub. Dieser Staub reflektiert nämlich das Licht des Sterns und man bekommt den erwähnten Überschuß

    2) Dann probiert man, diese Staubscheibe direkt zu sehen. Weiterführende Analysen zeigen dann oft (wie z.B. bei e Eridani oder Beta Pictoris) Strukturen in der Staubscheibe: also z.B. Verklumpungen oder Ringstrukturen.

    3) Diese Strukturen sind ein Anzeichen für Planeten. Und zwar deshalb: Staub an sich bleibt nicht lange bei einem Stern. Der Strahlungsdruck bläst ihn weg. Deshalb muss er immer wieder nachproduziert werden. Das geschieht durch Kollisionen von Asteroiden. Wenn Staub da ist, müssen also auch Asteroiden da sein. Und wenn der Staub strukturiert ist, müssen das auch die Asteroiden sein. Und wie bekommt man Asteroiden strukturiert (z.B. als Gürtel)? Durch den gravitativen Einfluss von Planeten!

    4) Jetzt muss man “nur” noch simulieren. D.h. man nimmt den Stern, einen ganzen Haufen Asteroiden und setzt noch ein paar Planeten ins System. Dann berechnet man die gesamte gravitative Wechselwirkung und schaut, wie sich die Asteroiden anordnen. Stimmts mit den Beobachtungen überein, ist man fertig. Wenn nicht, dann muss man die Parameter der Planeten (Masse, Entfernung vom Stern, …) solange ändern, bis man die beobachteten Strukturen reproduzieren kann.

    Diese Methode ist ziemlich sensitiv. Ich habe so eine Analyse mal für den Stern Beta Pictoris durchgeführt und dabei 3 Planeten “entdeckt”. Einer davon ist etwa so groß wie der Neptun und liegt 45 AU vom Stern entfernt. Mit Teleskopen sind Planeten dieser Größe und Entfernung noch sehr lange nicht zu entdecken…

  5. #5 Tors10
    November 13, 2008

    Werden die Simulationsparameter gezielt variiert
    – d.h. Schritt für Schritt – oder gestreut ala Monte Carlo?

  6. #6 Christian A.
    November 14, 2008

    Danke ihr beiden!

    Florian, vor allem deine Ausführungen finde ich … faszinierend. Ich hätte jetzt nicht gedacht, dass man Staubscheiben zum Planetennachweis nutzen kann.
    Noch eine Frage zu 4. : Berechnet man detailliert eine ganze Zeitentwicklung, oder macht man gewisse Annahmen oder Vereinfachungen über den gemittelten Einfluß eines Planeten mit den gewählten Parametern?

  7. #7 Ludmila
    November 17, 2008

    Tors10: Werden die Simulationsparameter gezielt variiert
    – d.h. Schritt für Schritt – oder gestreut ala Monte Carlo?

    Hängt davon ab, was Du untersuchen willst. Willst Du sehen, wo Planeten möglich sind und wo nicht, dann machst Du es schrittweise. Willst Du wissen, wie stabil eine bestimme Bahnkonfiguration eines bestimmten Planeten ist, dann könntest Du Monte Carlo machen.

  8. #8 Ludmila
    November 17, 2008

    @Christian A.: Soweit ich das in Erinnerung habe, wird schon etwas vereinfacht. Z.B. angenommen, dass die Bahnen der Planeten auf derselben Ebene liegen. Das war es aber schon und ansonsten ist Numbercrunching angesagt. Wobei Du Dich hier von der Vorstellung freimachen solltest, dass Planetenforscher immer ganz genau vorhersagen könnten, wann ein bestimmter Planet zu einem bestimmten Zeitpunkt ist.

    Das geht nämlich nicht. Solche Rechnungen sind chaotisch und Du kannst “nur” sagen, wie stabil ein Planet unter gravitativer Wechselwirkung mit dem Rest des Systems ist.