Viele Fragen die mir gestellt werden, haben mit Doppelsternen zu tun besonders. Besonders fasziniert scheinen die Menschen von der Vorstellung zu sein, es könnte dort Planeten geben. Beziehungsweise Planeten, auf denen es Leben geben könnte. Ist das möglich? Und wenn ja, wie läuft das ab? Viele stellen sich dabei vor, der Planet würde dann abwechselnd mal um den einen und dann um den anderen Stern laufen. Oder dass am Himmel so eines Planeten zwei Sonnen auf und unter gehen würden, so wie man es in den Science-Fiction Filmen gerne zu sehen bekommt. Aber machen zwei Sonnen den Planeten nicht zu heiß zum Leben? Oder bringen zumindest das Klima durcheinander? Das sind alles gute Fragen und ein paar davon will ich im heutigen Artikel aus der Serie „Fragen zur Astronomie“ beantworten.
Zuerst müssen wir klären, ob es überhaupt Planeten bei Doppelsternen geben kann. Die Antwort darauf ist einfach zu geben: Ja, es gibt sie! Wir haben schon viele solcher Planeten entdeckt. Immerhin ist die Mehrheit der Sterne nicht alleine unterwegs und in Doppel- oder Mehrfachsternsystemen organisiert. Unsere Sonne als Einzelstern ist in dieser Hinsicht eine Ausnahme. Es wäre schade, wenn Planeten nur Einzelsterne umkreisen könnten – denn dann wären die meisten Sterne gezwungermaßen ohne Planet.
Aber natürlich macht die Anwesenheit von mehr als einem Stern die Bewegung von potentiellen Planeten ein wenig kompliziert. Jeder Himmelskörper beeinflusst jeden anderen Himmelskörper durch seine Gravitationskraft und die Stärke des Einfluss hängt von der Masse der Objekte und ihrem Abstand ab. In unserem Sonnensystem ist die Sonne bei weitem der massereichste Körper und sie dominiert daher auch die Bewegung aller Planeten. Die Störungen, die die Planeten untereinander ausüben, kann man fürs erste vernachlässigen (obwohl sie bei genauerer Betrachtung natürlich eine wichtige Rolle spielen!). Bei einem Einzelstern kann man einen Planeten im Prinzip irgendwo platzieren und er wird diesen Stern umkreisen (er darf aber logischerweise nicht zu nah am Stern sein und auch nicht so weit weg, dass er nicht mehr gravitativ an ihn gebunden ist). Bei zwei Sternen ist es komplizierter. Hier sind nicht mehr alle möglichen Umlaufbahnen für Planeten auch tatsächlich stabil.
Man kann zwischen zwei grundlegenden Arten der Bewegung unterscheiden: Entweder der Planet kreist außen um beide Sterne herum oder bewegt sich nur um einen der beiden. Der erste Fall wird P-Typ genannt. Der Planet umkreist beide Sterne und aus seiner Sicht macht es keinen Unterschied ob da nun ein oder zwei (oder noch mehr) Sterne sind. Auf seiner Außenbahn spürt er nur die kombinierte Gravitationskraft aller Sterne in der Mitte und ob die jetzt von einem oder zwei Sternen ausgeübt wird, ist egal.
Erst wenn der Planet den beiden Sternen im Zentrum des Systems zu nahe rückt, wird es kritisch. Dann lässt sich der gravitative Einfluss nicht mehr kombiniert betrachten. Je nachdem wo sich Planet und Sterne gerade befinden, werden die Störungen mal stärker und mal schwächer sein und am Ende wird die Planetenbahn instabil. Er wird aus dem System geworfen oder kollidiert mit einem der Sterne (bzw. können sich in diesen Regionen vermutlich gar keine Planeten bilden).
Die Lage beruhigt sich erst wieder, wenn der Planet einem der beiden Sterne nahe genug ist. Jetzt wird seine Bewegung von diesem einen Stern dominiert und die Störungen die vom anderen, entfernten Stern ausgeübt werden, sind gering. Diese Art der stabilen Bewegung wird S-Typ genannt. Es ist ein wenig knifflig zu berechnen, wo die Stabilitätsgrenzen liegen und es gibt keine allgemeingültigen Formeln dafür (weil es hier immer um die Bewegung von drei Himmelskörpern geht und dieses Problem mathematisch unlösbar ist). Aber mit Computersimulationen lassen sich die stabilen Regionen recht leicht finden.
Man kann die Sache vielleicht so zusammenfassen: Planeten können sich überall dort in einem Doppelsternsystem problemlos bewegen, wo sie nur die Gravitationskraft eines einzelnen Objekts spüren. Entweder, weil beide Sterne aus Sicht des Planeten annähernd gleich weit weg sind und sie so wirken, wie ein einzelner, massereicherer Stern (P-Typ), oder weil ein Stern dem Planet sehr und der andere weit weg ist, so dass wieder nur die Gravitationskraft eines einzelnen Sterns die Bewegung bestimmt. Wer mehr wissen möchte: Ich habe die Sache mit der Bewegung von Planeten in Doppelsternen hier genauer erklärt.
Und wie sieht es mit Leben auf solchen Planeten aus? Die Frage ist genau so schwer zu beantworten wie die nach Leben auf Planeten, die nur einen einzigen Stern umkreisen. Wir haben keine Ahnung, welche Bedingungen erfüllt sein müssen, damit irgendwo Leben entstehen kann und wir haben derzeit (noch!) nicht die technischen Möglichkeiten, Planeten anderer Sterne so genau zu untersuchen, um zum Beispiel herauszufinden, wie ihre Atmosphäre zusammengesetzt ist und ob die Bedingungen dort der Erde ähneln. Die Ausgangslage ist bei den Planeten in Doppelsternsystemen aber nicht grundlegend anders. Da es Planeten nur dort geben kann, wo die Gravitationskraft von einem der beiden Sterne dominiert, wird auch im Allgemeinen die Strahlung von nur einem Stern dominieren.
Im Fall der P-Typ-Bewegung sind beide Sterne aus Sicht des Planeten fast gleich weit weg. Man wird am Himmel so eines Planeten dann vielleicht sogar tatsächlich zwei Sonnen sehen können. Aber auf solchen Planeten ist es vermutlich auch eher zu kalt für Leben; eben weil sie weit außen um beide Sterne kreisen (siehe hier für das Beispiel eines realen Planeten in so einer Konfiguration). Beim S-Typ muss der zweite Stern weit genug weg sein, damit sein gravitativer Einfluss nicht stört und damit ist er im Allgemeinen auch weit genug weg, um am Himmel nicht mehr großartig aufzufallen. Er wäre zwar vermutlich das hellste Objekt am Nachthimmel und unter Umständen sogar am Taghimmel zu sehen. Aber es gäbe eben mit ziemlicher Sicherheit einen Nachthimmel und keine zweite Sonne, die den Planeten in eine glühende Wüste verwandelt.
Natürlich können die Dinge auch wesentlich komplizierter sein. Das, was ich gerade beschrieben habe, ist ein allgemeines Szenario. Aber je nachdem um welche Sterne es sich handelt, kann die Lage auch ein wenig komplexer werden. Die Sterne eines Doppelsternsystems sind zwar zum gleichen Zeitpunkt wie die Planeten entstanden. Aber es müssen deswegen nicht unbedingt „Zwillingssterne“ sein. Einer der Sterne könnte wesentlich massereicher sein als der andere und damit auch wesentlich heißer und heller. Unterschiedlich massereiche Sterne machen auch die Grenzen zwischen den stabilen und instabilen Regionen ein wenig verwirrender und man müsste das ganze dann wohl tatsächlich jedesmal im Detail am Computer simulieren, um herauszufinden, wo sich Planeten aufhalten können und wie dort der jeweilige Strahlungsfluss von den Sternen aussehen würde (siehe zum Beispiel hier für solche Simulationen).
Man kann aber auch – und das mit gewissem Recht – argumentieren, dass Doppelsternsysteme mit einem winzigen und einem riesigen Stern sowieso eher ungeeignet für Leben sein werden. Denn je mehr Masse ein Stern hat, desto heißer ist er und desto schneller verbrennt er sein Material. Die heißen Riesensterne leben also kürzer als die Winzlinge. Unsere vergleichsweise kleine Sonne hat eine Lebensdauer von etwa 10 Milliarden Jahren. Noch kleinere rote Zwerge können viele hundert Milliarden Jahre leben. Große und heiße Sterne dagegen schaffen oft nur ein paar Millionen Jahre, bevor sie in einer Supernova explodieren und das ist der Entwicklung von potentiellem Leben nicht unbedingt förderlich. Wenn wir also nach Doppelsternen suchen, in denen sich erdähnliche Planeten befinden, dann werden wir das eher dort tun, wo beide Sterne auch sonnenähnlich sind.
Abschließend kann man die Frage vielleicht so beantworten: Ja, es kann erdähnliche Planeten in Doppelsternsystemen geben. Es gibt keine astronomischen Gründe, die dagegen sprechen. Um herauszufinden, wie sich die Anwesenheit eines zweiten Sterns auf die Bewohnbarkeit eines Planeten aber tatsächlich auswirkt, müssen wir noch ein paar Jahre warten, bis wir die nötigen Teleskope haben mit denen man entsprechende Beobachtungen anstellen kann.
Mehr Antworten findet ihr auf der Übersichtsseite zu den Fragen, wo ihr selbst auch Fragen stellen könnt.
Naja, wenn es Nemesis tatsächlich geben sollte, dann leben wir selbst in einem Doppelsternsystem. 😉
Astronomisches Rätsel: Auf Tatooine gibt es zwei Sonnen, aber die Bewohner werfen nur einen einzigen Schatten.
Wenn ich das richtig verstehe, dann steigt doch die Leuchtkraft eines Stern mit der Masse stark an. Wenn man also einen Stern mit der Leuchtkraft der Sonne und einen aus der Preisklasse von η Carinae hat und einen Planeten etwa eine AU vom kleineren entfernt placiert, dann sollte sich doch eine Konfiguration finden lassen, in dem der gravitative Einfluß des heißen Sterns noch klein genug ist, um die Bahn nicht zu stören, aber die scheinbare Helligkeit der beiden immer noch vergleichbar bleibt? Notfalls macht man den kühleren Stern eben noch etwas kleiner, und die Bahn entsprechend enger.
So ein Planet wäre sicher lustig zu bewohnen. An einem Punkt des Jahres hat man gar keinen Nachthimmel (lineare Anordnung heiß—Planet—kalt), am gegenüberliegenden stehen die beiden Sonnen nebeneinander am Himmel. Würden die dann auch in vergleichbarem Durchmesser erscheinen? Ich versuche mir gerade eine Sonnenfinsternis vorzustellen, in der die nahe Sonne die ferne verdeckt.
So etwas ist zwar nicht lange stabil, weil der heiße Stern bald ausbrennt; aber lange genug für Kolonisation und um viele Generationen drauf zu wohnen. Oder würde der heiße Stern auch im Rahmen von Jahrtausenden Schwierigkeiten machen?
Hallo Florian!
Was hast Du denn, falls gesehen, von dem Terra X-Beitrag „Faszinierendes Universum“ vom 21.09. zu Expolaneten gehalten? Der Lesch wahr ein bisschen sehr scharf darauf, durch die Art der Darstellung die Besonderheit und Seltenheit der Erde zu betonen. Er hat dabei Doppelsternsysteme in einem Nebensatz als Kandidaten ausgeschlossen („da sie die Planeten aus der Bahn reissen würden“). Das fand ich etwas oberflächlich und fühle mich von Deinem Beitrag bestätigt – wie gesagt, alles sehr rhetorisch darauf ausgerichtet die Erde und das Leben als besonders selten darzustellen.
p.s. Etwas OT, ausserdem wurde im Voice-over explizit behauptet dass Kepler im Falle der Draufsicht auf ein System die Seitwärtsbewegung (das „Wobbeln“) von Sternen messen kann. Ich habe versucht das irgendwie zu bestätigen, habe aber keinen Hinweis darauf gefunden dass Kepler das mit seiner Digitalkamera kann. Stimmt das?
@Alex K: “ Er hat dabei Doppelsternsysteme in einem Nebensatz als Kandidaten ausgeschlossen (“da sie die Planeten aus der Bahn reissen würden”).“
Hab die Sendung nicht gesehen. Aber den Unsinn den Lesch zu Doppelsternen erzählt habe ich schon 2009 kritisiert, als er das in einem Buch geschrieben hat: https://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2009/01/big-bang-und-big-bang-zweiter-akt-simon-singh-vs-harald-lesch-teil-2.php
Wie gesagt: Mein ehemaliger Chef von der Sternwarte in Wien hat schon in den 80er Jahren berechnet, dass und wo es in Doppelsternsystemen stabile Planetenbahnen gibt (und da kannte man noch nicht mal Exoplaneten!). Und seitdem haben Wissenschaftler überall immer wieder in verschiedenen Berechnungen und SImulationen gezeigt, dass es habitable Planeten in Doppelsternsystemen geben kann. Und mittlerweile hat man ja auch schon jede Menge reale Planeten in Doppel- oder Mehrfachsystemen entdeckt. Warum Lesch da immer noch erzählt, dass es nicht möglich wäre, kann ich nicht nachvollziehen.
Vielen Dank für den Link, das hatte ich natürlich nichtmehr auf dem Radar.
„Warum Lesch da immer noch erzählt, dass es nicht möglich wäre, kann ich nicht nachvollziehen.“
Viel hat er nicht dazu gesagt, wie gesagt, er hat es in einem Nebensatz weggewischt, die Message war aber klar: Doppelsterne sind nix gut. Wie gesagt, ich hatte von der ganzen Sendung ein bisschen den Eindruck dass er irgendwie voreingenommen ist und gerne hätte, dass die Erde besonders besonders speziell und einmalig ist.
ich kann mich des eindrucks nicht erwehren, daß lesch langsam *wirklich* zum dogmatiker wird. schade, das.
Wie ist das eigentlich mit einem Planeten im Lagrange-Punkt der beiden Sterne (L4 oder L5, wie die Trojaner-Asteroiden beim Jupiter). Könnte so eine Bahn stabil sein oder ist es zu unwahrscheinlich, dass ein Planet gerade dahingerät?
@Ruth: Siehe dazu hier: https://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2008/12/15/seltsame-welten-trojanerplaneten/
Und hier: https://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2014/06/25/das-verlorene-kapitel-von-die-neuentdeckung-des-himmels-doppelsonnen-und-wechselplaneten-teil-3/
Danke für den Artikel! Sehr interessantes Thema! Gibt es eigentlich gute Dokus zum Thema Sternentstehung? Gern auch in Englisch.
kurz noch zu #7: also nicht allgemein zum dogmatiker (sorry), aber in bezug auf erdähnliche planeten und ausserirdisches leben im speziellen, scheint lesch mir irgendwie ein wenig in „traditioneller“ denke steckengeblieben.
@lesch… schade, hat seit mehr als 10 jahren nichts relevantes mehr erzählt… ich vermisse alpha centauri, das war noch (zumeist) interessant..
@generell: alle generellen erkenntnisse der asrophysik deuten ja (mittlerwele) darauf hin, dass es nichts gibt, was es nicht gibt!!
Alles – also wirklich alles, was man sich vorstellen kann, wird sich mMn irgendwo im Weltall finden lassen (das meiste davon vrmtl. schon in unserer Galaxis)
Habitable Planeten um Mehrfachsysteme – tausende in unserer Milchstrasse…. rein statistisch.
Habitable Planeten um Neutronensterne? Irgendwo wird schon einer sein….
Habitable Planeten bei braunen/ weissen Zwergen? Um schwarze Löcher? Habitable Ausreisser? Sonnensysteme mit habitablen Planeten ausserhalb von Galaxien???
Ich würde vermuten, alles, was man sich irgend vorstellen kann, wird an irgendeiner stelle unseres universums bereits existieren/ haben/ werden.
Ist es eigentlich möglich, daß in einem Doppelsternsystem, wenn die beteiligten Sterne nur weit genug (sagen wir, >12 Lichtstunden) auseinander stehen, jeder Stern ein eigenes Planetensystem hat? Oder würde die Gravitation des jeweils anderen Sterns solche Planetenbahnen automatisch instabil machen?
@Karsten
Das ist bestimmt möglich, es gibt ja auch Doppelsterne, wo jede Komponente wieder ein Doppelstern ist (Epsilon Lyrae, Mizar, Castor u.a.).
Bei Epsilon Lyrae sind die engen Komponenten um die 120 AU (16 1/2 Lichtstunden) voneinander entfernt, sie entsprächen dem Platzbedarf von Sonnensystemen wie dem unseren, während der Abstand der weiten Komponenten 10500 AU oder über 60 Lichttage beträgt, was weit genug ist, dass die engen Komponenten nicht gestört werden.
Ob 12 Lichtstunden Abstand reichen würden: vermutlich schon, wenn die Planeten sehr eng um ihre Sterne kreisen, es gibt ja viele Systeme, die komplett innerhalb der Merkurbahn Platz finden würden. Das wären dann allerdings eher nicht solche, in denen Leben besonders wahrscheinlich wäre, da müsste ein Stern dann ein ein M-Zwerg sein, so dass die habitable Zone nahe beim Stern liegt, der dann aber nicht zu sehr flaren darf und der Planet sollte vielleicht auch nicht gebunden rotieren, was enge Planeten in der Regel tun.
Also taugen eher weite Doppelsterne.
@Alderamin, Karsten: „Ob 12 Lichtstunden Abstand reichen würden“
kann ich spontan nicht sagen. Das hängt – wie gesagt – immer vom Einzelfall ab. Das ist ja ein N(>2)-Körperproblem und nicht mehr analytisch lösbar. Man muss es individuell simulieren um rauszufinden, ob es geht. Aber 120 AU sollten eigentlich reichen; siehe hier für ein Beispiel: https://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2009/03/30/ordnung-und-chaos-in-extrasolaren-planetensystemen-teil-1-probleme-mit-den-parametern/
@Florian Freistätter: Danke für die Links, den älteren Eintrag hatte ich noch nicht gelesen.
Aber ich wollte ja eigentlich nicht einen Stern und zwei Planten sondern zwei Sterne und einen Planet (damit man dann zwei Sonnen am Himmel sieht).
Habe jetzt aber bei Wikipedia festgestellt, dass die Sterne sehr ungleich groß sein müssen, damit die Bahn stabil wäre. Ein roter Zwerg und ein blauer Riese sehen dann wohl doch nicht so eindrucksvoll zusammen aus.
@Ruth
Ich stelle mir unser Sonnensystem mit einem „Jupiter“ mit 50-facher Masse oder so vor, Wenn das Ding leuchten würde, wäre das glaube ich von der Erde aus ziemlich beeindruckend. Ich weiss natürlich nicht ob das s.s. dann noch stabil wäre.
Wenn Jupiter „etwas“ grösser wäre (ok, ich glaube 8fache-Masse) dann könnte er theoretisch zu einem braunen Zwerg werden. Dann wären wir ja auch in einem Doppelstensystem. Allzuviel würde sich für die Erde dadurch wohl nicht verändern, oder irre ich mich da?
@Marco T: „Wenn Jupiter “etwas” grösser wäre (ok, ich glaube 8fache-Masse) dann könnte er theoretisch zu einem braunen Zwerg werden. Dann wären wir ja auch in einem Doppelstensystem. Allzuviel würde sich für die Erde dadurch wohl nicht verändern, oder irre ich mich da?“
Naja. Ein brauner Zwerg ist kein Stern; insofern wäre das kein Doppelsternsystem. Und natürlich ändern sich die Bedingungen, wenn die Masse des Jupiters größer wird. Die gravitativen Störungen würden sich auf das ganze Sonnensystem auswirken und könnten auch die Bahn der Erde destabilisieren (bzw. hätte sich die Erde in diesem Fall gar nicht erst gebildet).
@Florian:
So, wie ich Deine P-Typ-Zeichnung sehe, ist das keine stabile Umlaufbahn: Der Planet kommt Stern 1 vieeel zu nahe.
@krypto: Naja, das sind halt nur Zeichnungen zur Demonstration und keine wissenschaftlichen Diagramme.
@Krypto: nicht nur das. Es kann ja auch noch eine Resonanz-Bahn vorliegen,. 🙂
Wie wahrscheinlich wäre eigentlich ein Doppelsternsystem, in dem sich ein Planet auf einer stabilen „Achterbahn“ immer jeweils um einen der beiden Sterne bewegt?
Und wie stünden da die Chancen, dass so ein Planet bewohnbar sein könnte?
@Whisker: „Wie wahrscheinlich wäre eigentlich ein Doppelsternsystem, in dem sich ein Planet auf einer stabilen “Achterbahn” immer jeweils um einen der beiden Sterne bewegt?“
Solche Bahnen gibt es nicht… Hier hab ich mehr dazu geschrieben: https://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2009/02/04/planeten-und-doppelsterne/
[…] Planeten und Doppelsterne habe ich hier im Blog schon einiges geschrieben – zum Beispiel hier und hier zu der grundlegenden Frage, ob so etwas überhaupt möglich ist. Ist es (hier gibt es noch […]