Wie einzigartig ist unser Sonnensystem in unserer Galaxie, der Milchstraße? Wie entstehen Planeten eigentlich? Wie häufig kommen extrasolare Planeten vor ? Und welche Bedingungen müssen gegeben sein, damit auf Planeten Leben entstehen kann?

Astronominnen und Astronomen an der Thüringer Landessternwarte erforschen seit mehr als zwei Jahrzehnten Planeten um andere Sterne als die Sonne. Diese Himmelskörper werden als extrasolare Planeten oder auch als Exoplaneten bezeichnet.

Die Forschenden wollen herausfinden, wie Planeten geboren werden – auch um zu begreifen, wie unser Sonnensystem mit den Planeten Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn und Neptun entstanden ist. Außerdem wollen sie herausfinden, wie viele Planeten es in unserer Galaxie gibt, auf denen sich möglicherweise Leben entwickeln kann.

Warum ist das wichtig?
Wir Menschen sind neugierige Wesen. Wer hat noch nicht in den Nachthimmel geblickt und sich gefragt, wie viele Sterne und Planeten es im Weltall gibt? Und könnte es sein, dass irgendwo da draußen noch anderes Leben existiert? Astronominnen und Astronomen erkunden, wie unser Sonnensystem entstanden ist und warum sich nur auf einem Planeten, nämlich der Erde, Leben entwickelt hat. Was können wir von anderen Planeten über die künftige Entwicklung der Erde lernen?

Der Raum zwischen den Sternen ist nicht leer, sondern mit fein verteilter Materie aus Gas und Staub erfüllt. Nahegelegene Gas-Staub-Wolken verwehren den Blick auf dahinterliegende Sterne und machen sich im Band der Milchstraße als Dunkelwolken bemerkbar.
Diese Wolken können Massen von bis zu vielen tausend Sonnenmassen besitzen und sind die Geburtsstätten der Sterne. Die Sternentstehung erfolgt in instabilen Wolkenregionen, die unter ihrer Eigenmasse zusammenfallen.

Eine stets vorhandene, anfänglich geringfügige Rotation führt dazu, dass die zusammenfallende Region abflacht. Junge Sterne sind daher von Gas-Staub-Scheiben umgeben, aus denen Materie auf sie herabregnet und zu ihrem Wachstum führt. Ein Bruchteil dieser Materie wird jedoch mit hoher Geschwindigkeit längs der Rotationsachse wieder weggeschleudert. Diese gebündelten Ausströmungen - auch Jets genannt - werden durch Magnetfelder hervorgerufen. Wenn das Gas der Ausströmung auf umgebende Materie trifft, werden beide zum Leuchten angeregt. Dadurch ist die Identifizierung junger Sterne selbst dann möglich, wenn diese noch in den Dunkelwolken verborgen sind.

Infrarot- und Radiobeobachtungen erlauben die direkte Untersuchung von Protosternen. Sie werden von den Astronomen der Landessternwarte an anderen Observatorien und mit Hilfe von Raumteleskopen durchgeführt.
Die meisten der entstehenden Sterne haben eine Masse ähnlich der unserer Sonne. In den sie umgebenden Scheiben wachsen die Staubteilchen durch Verklumpung langsam zu größeren Brocken, aus denen sich schließlich Planeten bilden. Die Entstehung von Sternen und Planeten vollzieht sich gemeinsam. Durch die Bildung von Planeten, den Wind und die Wirkung der Strahlung des jungen Sterns auf die Staubteilchen löst sich die Scheibe allmählich auf. Allerdings führt die Zertrümmerung von kollidierenden Asteroiden zum Nachschub von Staub. Im Sonnensystem macht sich dieser Staub durch das Zodiakallicht bemerkbar.

In Sternentstehungsregionen, in denen viele junge Sterne einen Sternhaufen bilden, kann es vorkommen, dass sich die entstehenden Sterne gegenseitig die Materie streitig machen. Zudem sind in solchen Gebieten nahe Begegnungen häufig und führen dazu, dass einige Objekte die Region verlassen. Beide Prozesse bewirken die Entstehung sehr massearmer Objekte, deren Zentraltemperaturen und -dichten nicht die für die Wasserstoff-Kernfusion erforderlichen Werte erreichen. Diese sehr lichtschwachen verfehlten Sterne werden als Braune Zwerge bezeichnet. Mit dem 2-m-Teleskop gelang es, zahlreiche Braune Zwerge zu finden, ihren Lichtwechsel zu studieren und daraus Rückschlüsse auf ihre Eigenschaften zu ziehen.

Was ist Asteroseismologie?

Die Seismologie beschäftigt sich mit der Entstehung und Ausbreitung von akustischen Wellen im Inneren der Erde und deren Nachweis auf der Erdoberfläche. Die Asteroseismologie überträgt diese Technik auf die Untersuchung des inneren Aufbaus der Sterne, wobei die in den Sternen angeregten Pulsationen genutzt werden.

Wie funktioniert Asteroseismologie?

Die im Inneren eines Sterns erzeugten Dichtewellen sind auf der Oberfläche in Form von periodischen Helligkeitsschwankungen oder Verschiebungen der Spektrallinien messbar. Die Eigenschaften der sichtbaren Oszillationen hängen von der Masse und dem Radius des Sterns ab, aber auch vom radialen Verlauf grundlegender physikalischer Eigenschaften wie Temperatur, Druck und Dichte. Über eine Analyse der auftretenden Frequenzen und Amplituden können so Aussagen über den inneren Aufbau der Sterne gewonnen werden. Das erstellte Modell muss dann in der Lage sein, die auf der Sternoberfläche beobachteten Oszillationen wiederzugeben.

Asteroseismologie - Forschungsbeiträge der Thüringer Landessternwarte.

Für eine genaue Analyse ihrer Oszillationen müssen die Sterne kontinuierlich über einen längeren Zeitraum beobachtet werden. Dabei sind die durch den Tag/Nacht-Rhythmus hervorgerufenen Beobachtungs-lücken sehr hinderlich. Diese Lücken lassen sich durch eine Verteilung der Beobachtungsstationen rund um den gesamten Erdball oder durch eine kontinuierliche Beobachtung mittels weltraumgestützter Teleskope schliessen. Im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit ist die Thüringer Landessternwarte vor allem mittels hochauflösender Spektroskopie an der Analyse von Sternpulsationen beteiligt, sowohl im Rahmen von erdgebunden Beobachtungskampagnen als auch bei der Nutzung von Satellitendaten.
Beispiele sind die Beteiligung an der Vorbereitung und Durchführung der ersten europäischen astroseismologischen Satellitenmission CoRoT oder an der Auswertung der vom NASA Kepler-Satelliten gelieferten Photometrie pulsierender Sterne im Rahmen des Kepler Asteroseismic Science Consortium. Beide Missionen liefern hochgenaue Messdaten zu den Helligkeitsschwankungen von Tausenden von Sternen und werden in Tautenburg durch die Aufnahme von hochaufgelösten Sternspektren unterstützt. Durch die Kombination photometrischer und spektroskopischer Daten konnten neue Ergebnisse bei der Untersuchung einer Vielzahl von pulsierenden Sternen wie Scuti- und Cephei-Sternen, Algolsystemen, schnell oszillierenden Ap-Sternen und Roten Riesensternen erzielt werden.

Warum Asteroseismologie?

Unsere Information über die Sterne entnehmen wir dem von den Sternoberflächen ausgesandten Licht. Wir können nicht in die Sterne hineinsehen, sie sind undurchsichtig. Traditionell werden Modelle des inneren Aufbaus der Sterne so erstellt, dass die im Sternzentrum erzeugte und an die Oberfläche transportierte Energie genau dasjenige äußere Erscheinungsbild liefert, welches wir letztlich sehen, z.B. die Eigenschaften der Sonnenoberfläche. Ausßer für die Sonne kann die Oberflächenstruktur nur für wenige Sterne grob aufgelöst werden. Wir sind daher auf wenige Eigenschaften des abgestrahlten Lichts wie Helligkeit und Farbspektrum angewiesen. Die Asteroseismologie eröffnet einen völlig neuen und unabhängigen Weg, Modelle des inneren Aufbaus der Sterne zu erstellen und zu überprüfen.

Die Sonne ist der Stern, der uns am nächsten ist. Sie ist das Zentralgestirn unseres Sonnensystems und ermöglicht das Leben auf der Erde. Die Untersuchung der Sonne ist wissenschaftlich interessant, weil sie als Paradigma für andere Sterne dient. Die Sonne hat ein variables Magnetfeld. In Form von koronalen Massenauswürfen kann diese magnetische Aktivität der Sonne schädliche

Folgen für technologische Anlagen auf der Erde oder im Weltraum haben. Daher sind die Entwicklung von Instrumenten zur Überwachung der Sonne und das Verständnis des astrophysikalischen Prozesses, die zu einem besseren Wissen über die Physik der Sonnenaktivität im Inneren und in der Atmosphäre führen, aktuelle Forschungsthemen.