Nobelpreisträger Didier Queloz - Ein neues Ziel für den Exoplaneten‑Pionier

Der Schweizer Nobelpreisträger Didier Queloz verfolgt nach der Entdeckung des ersten Exoplaneten ein noch ehrgeizigeres Ziel: die erste echte Zwillingserde.

«Es gibt unendlich viele Welten, die unserer ähneln, und unendlich viele, die völlig anders sind.» Bereits vor über zweitausend Jahren stellte der griechische Philosoph Epikur diese These auf.

Die moderne Astronomie bestätigt sie teilweise: Mehr als 6000 Exoplaneten sind inzwischen bekannt. Eine Frage bleibt jedoch offen: Gibt es eine echte Schwester der Erde?

Die Suche nach einer zweiten Erde

Genau dieser Frage widmet sich das Projekt Terra Hunting Experiment (THE) auf La Palma. Geleitet wird es von Didier Queloz, Schweizer Astronom und Professor an der ETH Zürich und an der Universität Cambridge.

Didier Queloz sucht nach einem Zwilling der Erde.

RTS/Olivier Dessibourg

Bereits 1995 entdeckte er gemeinsam mit dem Schweizer Astronomen Michel Mayor den allerersten Exoplaneten. Diese Arbeit wurde 2019 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.

Trotz der Vielzahl bekannter Exoplaneten erfüllt bisher keiner alle Bedingungen, die die Erde auszeichnen:

• eine felsige Oberfläche,
• gemässigte Temperaturen,
• eine Atmosphäre und
• eine Umlaufbahn in der sogenannten bewohnbaren Zone um einen sonnenähnlichen Stern.

Queloz spricht im Gespräch mit dem Westschweizer Radio und Fernsehen (RTS) von einer «leichten wissenschaftlichen Frustration». Zugleich betont er die Schwierigkeit: «Wir haben sehr viele Planeten gefunden. Jetzt müssen wir die schwierigsten entdecken – eine Erde, die einen Stern umrundet wie unsere Sonne.»

Schwache Signale, grosse Herausforderung

Die heutigen Suchmethoden bevorzugen grosse Planeten, die nahe an ihrem Stern kreisen. Erdähnliche Planeten hingegen senden extrem schwache Signale aus. Genau hier setzt das Projekt THE an.

Didier Queloz, der 2019 für die Entdeckung des ersten Exoplaneten mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde, richtet seinen Blick heute auf ein neues Ziel.

RTS/Olivier Dessibourg

Der Ansatz ist einfach, aber anspruchsvoll: Rund fünfzig sonnenähnliche Sterne werden jede Nacht über zehn Jahre hinweg beobachtet. «Wir messen sehr lange, sehr systematisch und bei sorgfältig ausgewählten Sternen», erklärt Queloz vor Ort.

Ein Teleskop mit neuer Aufgabe

Das INT wurde in den 1960er‑Jahren von der britischen Royal Society gebaut und in den 1980er‑Jahren auf La Palma installiert. «Mit seinem 2.5‑Meter‑Spiegel gehörte es einst zu den leistungsstärksten Teleskopen seiner Zeit», sagt Chris Benn, leitender Astronom des Observatoriums. «Doch seine wissenschaftliche Nutzung nahm ab. Dieses Projekt gibt ihm ein neues Leben.»

Der Entscheid, das Teleskop exklusiv für THE einzusetzen, war nicht selbstverständlich. «So zu arbeiten, ist in der Astrophysik unüblich», sagt Queloz. Zudem musste das Teleskop umgebaut und robotisiert werden, damit es aus der Ferne gesteuert werden kann.

Dafür braucht es zwei Dinge: ein leistungsfähiges Teleskop und ein Instrument, das die Sternenstrahlung extrem präzise analysieren kann. Zum Einsatz kommt das Isaac Newton Telescope (INT) am Observatorium Roque de los Muchachos – einem der Standorte mit den weltweit klarsten Nachthimmeln.

Das Herzstück des Projekts

Nachts wird das eingefangene Sternenlicht über Glasfasern in einen abgeschirmten Raum unterhalb der Kuppel geleitet. Dort steht HARPS3, ein Spektrograf der neuesten Generation. Das Gerät kostete rund zehn Millionen Franken und misst mit einer Präzision von etwa fünf Atomdurchmessern. Es arbeitet in nahezu perfektem Vakuum und ist hermetisch verschlossen.

Der HARPS3-Spektrograf namens «Sarkophag», ein Zylinder mit einer Länge von drei Metern und einem Durchmesser von einem Meter, der zehn Jahre lang Messungen vornehmen soll.

RTS/Olivier Dessibourg

HARPS3 ist der jüngste Ableger einer Instrumentenfamilie, die an der Universität Genf entwickelt wurde. Zwei Vorgängermodelle sind bereits in Chile und an einem benachbarten Teleskop im Einsatz.

Planeten hören wie eine Sirene

«Das Licht wird in Hunderttausende von Farben aufgespalten – wie ein extrem detaillierter Regenbogen», erklärt Samantha Thompson, Projektleiterin von THE in Cambridge. Diese Analyse erlaubt es, winzige Schwankungen im Sternenlicht zu erkennen.

Die Methode basiert auf den sogenannten Radialgeschwindigkeiten. Ein Planet zieht an seinem Stern und versetzt ihn in eine leichte Bewegung. Dadurch verändert sich die Wellenlänge des Lichts – ähnlich wie der Ton einer Sirene, wenn sich ein Krankenwagen nähert oder entfernt. Dieser Effekt heisst Doppler‑Effekt.

Je kleiner der Planet, desto schwächer ist das Signal. Bei einer erdähnlichen Welt ist es extrem gering. «Das ist, als würde man ein Glühwürmchen vor einem Lagerfeuer beobachten», sagen die Forschenden. HARPS3 kann dennoch Geschwindigkeitsänderungen von etwa zehn Zentimetern pro Sekunde messen – vergleichbar mit der Geschwindigkeit eines krabbelnden Babys.

Auch negatives Ergebnis bedeutend

Berechnungen zufolge könnte THE mindestens zwei erdähnliche Planeten entdecken. Doch auch ein negatives Ergebnis wäre bedeutend. Es würde darauf hindeuten, dass unser Sonnensystem aussergewöhnlich ist – und Leben in der Galaxie selten.

«Das wäre sehr frustrierend», sagt Queloz. Gleichzeitig würde es unser Bild vom Universum grundlegend verändern. Das Resultat tangiere die Frage, ob unser Planet eine Ausnahme sei – oder Teil einer kosmischen Regel.