Kann man extrasolare Monde sehen?

Von den knapp über 800 extrasolaren Planeten wurde die große Mehrheit nur indirekt entdeckt. Das bedeutet, dass Teleskope kein Bild aufgenommen haben, auf dem der Planet zu sehen ist, sondern andere Methoden benutzt haben, um seine Existenz zu schließen. Es gibt zwar einige wenige direkte Beobachtungen von Exoplaneten (hier, hier oder hier zum Beispiel). Aber es bleibt eine knifflige Angelegenheit, den im Vergleich zu seinem Stern leuchtet ein Planet nur sehr schwach. Das Problem ist allerdings nicht so sehr die geringe Helligkeit des Planeten, sondern der Kontrast. Der Stern überstrahlt einfach alles in seiner Nähe. Exoplaneten direkt sehen zu wollen, ist in etwa so, als wolle man ein Glühwürmchen sehen, dass direkt vor einem gewaltigen Flutlichtscheinwerfer sitzt. Und zwar aus ein paar Dutzend Kilometern Entfernung.

Wenn Exoplaneten schon so schwer zu sehen sind, wie schwer wäre es dann, wenn man extrasolare Monde direkt beobachten möchte? Es wäre vielleicht sogar leichter, meinen Mary Anne Peters und Edwin L. Turner von der Uni Princeton.

Bis jetzt haben wir extrasolare Monde noch nicht einmal indirekt entdeckt. Natürlich machen sich die Wissenschaftler trotzdem Gedanken darüber – zum Beispiel, ob man auf solchen Monden leben könnte. Aber gesehen haben wir noch keinen. Das könnte aber eventuell sogar leichter sein, als man bisher dachte. Peters und Turner haben sich angesehen, wie sich die Gezeitenkräfte auf die Monde und deren Sichtbarkeit auswirken.

Nehmen wir zum Beispiel den Jupitermond Io als Beispiel. Der befindet sich fünfmal so weit von der Sonne entfernt wie unsere Erde und dort ist es schon ziemlich kühl (Jupiters Oberflächentemperatur liegt bei knapp -150 Grad Celsius). Sein Mond Io ist ihm aber recht nahe; er ist ungefähr so weit von ihm entfernt wie die Erde von unserem Mond. Zwischen Erde und Mond wirken Gezeitenkräfte. Genauso ist es natürlich auch bei Jupiter und Io. Jupiter ist allerdings 300 Mal massereicher als die Erde (Io selbst entspricht in seiner Größe ungefähr dem Erdmond). Darum sind auch die Gezeitenkräfte die Jupiter auf Io ausübt, viel größer. Die Bahn von Io um Jupiter ist nicht kreisförmig, sondern leicht elliptisch. Deswegen ändert sich während eines Umlaufs ständig die Stärke der Gezeitenkraft, die auf Io wirkt. Bei uns auf der Erde sorgen die Gezeitenkräfte des Mondes im wesentlichen nur dafür, dass das Wasser der Ozeane ein wenig angehoben wird. Jupiters Gezeitenkräfte dagegen kneten den komplette Io durch und heizen ihn auf. So sehr, dass man auf ihm aktive Vulkane findet!

Wenn Monde einen großen Planeten umkreisen, dann können die Gezeitenkräfte sie unter den richtigen Umständen enorm aufheizen. In ihrer Arbeit zeigen Peters und Turner, dass Io, würde er den Neptun umkreisen, heller wäre als Neptun selbst (natürlich muss man hier nicht nur das normale Licht betrachten, sondern auch die Infrarotstrahlung der Himmelskörper). Wäre Io so schwer und dicht wie die Erde, dann wäre er das hellste Objekt im äußeren Sonnensystem und sogar noch heller als Jupiter selbst.

Wie hell ein Exomond tatsächlich ist, hängt natürlich von vielen Faktoren ab. Dem Abstand zum Planeten, der Masse des Planeten, der Bahn des Mondes, der Zusammensetzung des Mondes, und so weiter. Peters und Turner berechnen in ihrer Arbeit die Helligkeit verschiedener möglicher Kombinationen und kommen zu dem Schluss, dass wir durchaus in der Lage wären, Exomonde direkt zu sehen. Wäre Io so massereich wie die Erde, dann könnte man ihn noch aus 16 Lichtjahren Entfernung sehen, vorausgesetzt man hat ein Teleskop wie das James Webb Space Teleskop. Das haben wir leider noch nicht gebaut, aber wenn wir optimistisch bleiben und davon ausgehen, dass es doch irgendwann mal fertig gestellt wird, dann stehen die Chancen gut, Exomonde direkt zu beobachten. Mit ein wenig Glück könnten wir aber auch mit den aktuellen Instrumenten Monde sehen. Peters und Turner spekulieren sogar, ob uns das vielleicht schon gelungen ist. Es geht um diesen Planeten hier:

Das ist der Stern Fomalhaut. Er ist von einer großen Scheibe aus Staub umgehen und mitten drin hat man 2008 einen Planeten gefunden, der direkt beobachtet werden konnte. Peters und Turner meinen nun, dass es sich bei diesem Bild vielleicht nicht um einen Planeten, sondern einen Mond handelt! Oder wahrscheinlicher um das Licht von Planet und Mond. Seit der Entdeckung im Jahr 2008 haben Nachfolgebeobachtungen nicht immer die Ergebnisse geliefert, die man sich erwartet hatte. Man sah zum Beispiel weniger Infrarotstrahlung, als da eigentlich sein sollte und der Planet bewegte sich nicht ganz so, wie erwartet. Dafür gibt es natürlich viele mögliche Erklärungen (zum Beispiel die Existenz weiterer Planeten; Staubwolken im System, etc). Aber es wäre auch möglich, dass der Planet von einem großen Mond umkreist wird. Wenn Planet und Mond sich gegenseitig bedecken, kann das genau zu den Variationen führen, die man gesehen hat. Die Beobachtungsdaten würden zumindest zu den Modellen von Peters und Turner passen.

Am Ende ihres Artikels schreiben die beiden Astronomen:

„It is therefore plausible that a habitable (in the sense of possessing liquid water on its surface) exomoon can be imaged long before it will be possible to do so for a habitable (in the same sense) exoplanet.“

Das klingt vielversprechend. Aber es wird wohl trotzdem noch ein wenig dauern. Aber wer weiß – vielleicht finden wir den ersten Exomond schon morgen!