Extrasolare Planeten verraten sich gemeinhin durch rhythmisches Rütteln an ihren Heimatsternen. Dieser Effekt hilft auch dabei, ihre Masse zu bestimmen. Doch das Verfahren hat Schwächen. Astronomen haben nun eine neue Waage entwickelt - und erfolgreich getestet.

Exoplanet HD 189733b
© ESA / NASA / Frederic Pont / Geneva University ObservatoryExoplanet HD 189733b vor seinem Heimatstern: Auch die neue Waage lieferte einen Wert von 1,15 Jupiter-Massen

US-Astronomen haben eine Art Waage für die Planeten ferner Sterne entwickelt. Die Methode von Julien de Wit und Sara Seager vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) ermittelt die Masse solcher Exoplaneten aus bestimmten Eigenschaften ihrer Atmosphären. Das Verfahren liefert dieselben Ergebnisse wie die bislang wichtigste, aber nicht immer anwendbare Standardmethode, wie die Forscher im US-Fachblatt Science berichten.

Mehr als tausend Planeten ferner Sterne, sogenannte extrasolare Planeten oder auch Exoplaneten, sind bisher entdeckt worden. Die Masse gehört zu ihren wichtigsten Eigenschaften, denn sie kann über den Charakter und insbesondere die mögliche Bewohnbarkeit der Himmelskörper Aufschluss geben. Die Masse lässt sich etwa daraus ermitteln, wie stark ein Planet mittels seiner Schwerkraft während einer Umkreisung an seinem Heimatstern rüttelt und diesen damit leicht zum Schwanken bringt.

Indirekte Messung nach nur einem Transit

Tatsächlich sind die meisten Exoplaneten sogar auf diese Weise entdeckt worden - sie verrieten sich durch das rhythmische Rütteln an ihrem Heimatstern. Diese sogenannte Radialgeschwindigkeitsmethode liefert das Verhältnis von Planeten- zu Sternmasse. Sie funktioniert umso schlechter, je kleiner ein Planet ist und je weiter er von seinem Heimatstern entfernt ist. Dennoch ist sie bislang das wichtigste Werkzeug zur Bestimmung der Planetenmasse.

Zahlreiche Exoplaneten sind inzwischen entdeckt worden, weil sie während ihres Umlaufs regelmäßig von der Erde aus gesehen vor ihrem Heimatstern vorbeiziehen und ihn dabei leicht abdunkeln. Diese Mini-Sternenfinsternis, ein sogenannter Transit, lässt sich mit Spezialinstrumenten wie dem mittlerweile defekten US-Weltraumteleskop "Kepler" detailliert vermessen. Oft sind diese Daten so gut, dass sie sogar Informationen liefern zur Atmosphäre des Exoplaneten, die während des Transits von seinem Heimatstern durchleuchtet wird.

De Wit und Saeger nutzten eine mathematische Beziehung, die die Wirkung von Schwerkraft, Temperatur und Dichte auf das Höhenprofil des Atmosphärendrucks beschreibt. Temperatur, Dichte und Druckprofil lassen sich prinzipiell aus einem Transit bestimmen. Somit können Forscher daraus die Schwerkraft des Planeten ermitteln - und damit seine Masse.

Die MIT-Forscher testeten ihre Methode an einem Exoplaneten mit der Katalognummer HD 189733b, dessen Masse aus Messungen der Radialgeschwindigkeit auf rund fünf Prozent genau bekannt ist. Tatsächlich lieferte die neue Planetenwaage einen übereinstimmenden Wert von 1,15 Jupiter-Massen für den 63 Lichtjahre entfernten Planeten.