Gliese 581

Das Planetensystem Gliese 581 ist das gravitativ gebundene System, das den Stern Gliese 581 und die ihn umkreisenden Objekte umfasst. Das System besteht bekanntlich aus mindestens drei Planeten, die mit der Radialgeschwindigkeitsmethode entdeckt wurden, sowie einer Trümmerscheibe. Die Bekanntheit des Systems ist vor allem auf die frühen Entdeckungen von möglichen terrestrischen Planeten in der bewohnbaren Zone zwischen 2008 und 2010 sowie auf die relative Nähe des Systems zum Sonnensystem in 20 Lichtjahren Entfernung zurückzuführen. Seine Beobachtungsgeschichte ist jedoch umstritten, da es immer wieder zu Fehldetektionen und Vermutungen kommt und die Radialgeschwindigkeitsmethode abgesehen von der Masse nur wenig Informationen über die Planeten selbst liefert.

Die bestätigten Planeten befinden sich vermutlich in der Nähe des Sterns und kreisen auf nahezu kreisförmigen Bahnen. In der Reihenfolge ihrer Entfernung vom Stern sind dies Gliese 581e, Gliese 581b und Gliese 581c. Die Buchstaben stehen für die Reihenfolge der Entdeckungen, wobei b der erste Planet ist, der um den Stern entdeckt wurde.

BeobachtungsgeschichteBearbeiten

Die erste Meldung eines Planeten um den Stern war Gliese 581b, der von Astronomen des Observatoriums von Genf in der Schweiz und der Universität Grenoble in Frankreich entdeckt wurde. Er wurde im August 2005 mit umfangreichen Daten des ESO/HARPS-Spektrometers entdeckt und war der fünfte Planet, der um einen Roten Zwerg entdeckt wurde. Weitere Beobachtungen derselben Gruppe führten zur Entdeckung von zwei weiteren Planeten, Gliese 581c und Gliese 581d. Die Umlaufzeit von Gliese 581d wurde ursprünglich mit 83 Tagen angegeben, später aber auf einen niedrigeren Wert von 67 Tagen korrigiert. Die revidierte Bahndistanz würde ihn an die äußere Grenze der bewohnbaren Zone bringen, der Entfernung, in der es möglich sein soll, dass flüssiges Wasser auf der Oberfläche eines Planeten existiert, wenn die atmosphärischen Bedingungen günstig sind. Schätzungen zufolge empfängt Gliese 581d etwa 30 % der Lichtintensität, die die Erde von der Sonne erhält. Zum Vergleich: Das Sonnenlicht auf dem Mars hat etwa 40 % der Intensität des Sonnenlichts auf der Erde, aber wenn die Atmosphäre des Planeten einen hohen Kohlendioxidgehalt aufweist, könnte der Treibhauseffekt die Temperaturen über dem Gefrierpunkt halten.

Die nächste Entdeckung war der innere Planet Gliese 581e, ebenfalls durch das Observatorium Genf und unter Verwendung von Daten des HARPS-Instruments, die am 21. April 2009 bekannt gegeben wurden. Dieser Planet mit einer Mindestmasse von 1,9 Erden war zu diesem Zeitpunkt der am wenigsten massereiche bestätigte Exoplanet, der um einen Hauptreihenstern identifiziert wurde.

Am 29. September 2010 schlugen Astronomen des Keck-Observatoriums zwei weitere Planeten vor, Gliese 581f und Gliese 581g, die sich beide auf nahezu kreisförmigen Bahnen befinden, basierend auf der Analyse einer Kombination von Datensätzen der Instrumente HARPS und HIRES. Bei dem vorgeschlagenen Planeten Gliese 581f handelte es sich vermutlich um einen Planeten mit 7 Erdmassen auf einer Umlaufbahn von 433 Tagen, der zu kalt ist, um flüssiges Wasser zu tragen. Der Planetenkandidat Gliese 581g erregte mehr Aufmerksamkeit: Einer seiner Entdecker gab ihm den Spitznamen Zarminas Welt. Die vorhergesagte Masse von Gliese 581g lag zwischen 3 und 4 Erdmassen, mit einer Umlaufzeit von 37 Tagen. Der Abstand der Umlaufbahn wurde so berechnet, dass er innerhalb der bewohnbaren Zone des Sterns liegt, obwohl man davon ausging, dass der Planet gezeitenabhängig ist und eine Seite des Planeten immer dem Stern zugewandt ist. In einem Interview mit Lisa-Joy Zgorski von der National Science Foundation wurde Steven Vogt gefragt, wie er die Chancen für die Existenz von Leben auf Gliese 581g einschätze. Vogt zeigte sich optimistisch: „Ich bin kein Biologe und will auch keinen im Fernsehen spielen. In Anbetracht der Allgegenwart und der Neigung des Lebens, überall dort zu gedeihen, wo es möglich ist, würde ich persönlich sagen, dass … die Chancen für Leben auf diesem Planeten 100 % sind.

Zwei Wochen nach der Bekanntgabe der Entdeckung von Gliese 581f und Gliese 581g berichtete der Astronom Francesco Pepe vom Genfer Observatorium, dass bei einer neuen Analyse von 179 Messungen, die der HARPS-Spektrograf über einen Zeitraum von 6,5 Jahren vorgenommen hatte, weder ein Planet g noch ein Planet f entdeckt werden konnte. Die entsprechenden Messungen wurden in eine Arbeit aufgenommen, die auf den Preprint-Server arXiv hochgeladen wurde, obwohl sie noch nicht in einer referierten Zeitschrift veröffentlicht wurde. Die Nichtexistenz von Gliese 581f wurde relativ schnell akzeptiert: Es wurde gezeigt, dass die Schwankungen der Radialgeschwindigkeit, die zur angeblichen Entdeckung von Gliese 581f geführt hatten, eher mit dem Zyklus der Sternaktivität als mit einem Planeten in der Umlaufbahn zusammenhingen. Dennoch blieb die Existenz des Planeten g umstritten: Vogt erklärte in den Medien, er stehe zu seiner Entdeckung, und es kamen Fragen auf, ob der Effekt auf die Annahme kreisförmiger statt exzentrischer Bahnen oder auf die verwendeten statistischen Methoden zurückzuführen sei.

Bayesianische Analysen fanden keine eindeutigen Hinweise auf ein fünftes Planetensignal im kombinierten HIRES/HARPS-Datensatz, obwohl andere Studien zu dem Schluss kamen, dass die Daten die Existenz eines Planeten g unterstützen, wenn auch mit starken Degenerierungen in den Parametern als Folge der ersten exzentrischen Harmonischen mit dem äußeren Planeten Gliese 581d.

Unter der Annahme, dass das in den Daten vorhandene Rauschen korreliert ist (rotes Rauschen statt weißes Rauschen), stellte Roman Baluev nicht nur die Existenz des Planeten g, sondern auch die von Gliese 581d in Frage und schlug vor, dass es nur drei Planeten (Gliese 581b, c und e) gibt.

Am 27. November 2012 gab die Europäische Weltraumorganisation bekannt, dass das Weltraumobservatorium Herschel einen Kometengürtel „in einer Entfernung von 25 ± 12 AE bis über 60 AE“ entdeckt hat. Er muss „mindestens 10 Mal“ so viele Kometen enthalten wie das Sonnensystem. Dies schließt wahrscheinlich Planeten mit Saturnmasse jenseits von 0,75 AE aus. Ein weiterer (unentdeckter) Planet weiter draußen, z. B. ein Planet mit Neptun-Masse bei 5 AE, könnte jedoch erforderlich sein, um den Kometengürtel aufzufüllen.

Ein anderer Einwand gegen die Existenz von Gliese 581d wurde in einer Studie aus dem Jahr 2014 vorgebracht, deren Autoren argumentierten, dass Gliese 581d „ein Artefakt der stellaren Aktivität ist, das, wenn es unvollständig korrigiert wird, die falsche Entdeckung des Planeten g verursacht.“ Dies ist nach wie vor umstritten, wobei eine Arbeit aus dem Jahr 2015 der Analyse von 2014 zustimmt und eine andere ihr nicht zustimmt.

PlanetenBearbeiten

Die Bahnen des Planetensystems von Gliese 581 gemäß der Analyse von 2009 ohne die Planeten g und f. Auf dem Bild ist Gliese 581c der dritte Planet vom Stern.

Die laufende Analyse des Systems hat mehrere Modelle für die Bahnanordnung des Systems hervorgebracht. Es gibt derzeit keinen Konsens, und es wurden 3-Planeten-, 4-Planeten-, 5-Planeten- und 6-Planeten-Modelle vorgeschlagen, um die verfügbaren Radialgeschwindigkeitsdaten zu berücksichtigen. Die meisten dieser Modelle sagen jedoch voraus, dass sich die inneren Planeten auf kreisförmigen Bahnen befinden, während die äußeren Planeten, insbesondere Gliese 581d, sollte er existieren, auf eher elliptischen Bahnen unterwegs sind.

Modelle der bewohnbaren Zone von Gliese 581 zeigen, dass sie sich von etwa 0,1 bis 0,5 AE erstreckt und einen Teil der Bahn von Gliese 581d einschließt. Die ersten drei Planeten kreisen näher am Stern als der innere Rand der bewohnbaren Zone, wobei die Planeten d und g innerhalb dieser Zone kreisen.

Bestätigte PlanetenBearbeiten

Gliese 581eBearbeiten

Gliese 581e ist der innerste Planet und mit einer Mindestmasse von 1,7 Erdmassen der massearmste der drei. Er wurde 2009 entdeckt und ist damit auch der jüngste bestätigte Planet in diesem System. Er benötigt 3,15 Tage für eine Umkreisung. Anfängliche Analysen deuteten darauf hin, dass die Umlaufbahn des Planeten ziemlich elliptisch ist, aber nach der Korrektur der Radialgeschwindigkeitsmessungen um die stellare Aktivität deuten die Daten nun auf eine kreisförmige Umlaufbahn hin.

Gliese 581bBearbeiten

Gliese 581b ist der massereichste bekannte Planet, der Gliese 581 umkreist, und wurde als erster entdeckt.

Gliese 581cBearbeiten

Gliese 581c ist der dritte Planet, der Gliese 581 umkreist. Er wurde im April 2007 entdeckt. In ihrer Veröffentlichung aus dem Jahr 2007 behaupteten Udry et al., dass Gliese 581c, wenn er eine erdähnliche Zusammensetzung hat, einen Radius von 1,5R⊕ haben würde, was ihn zu diesem Zeitpunkt zum „erdähnlichsten aller bekannten Exoplaneten“ gemacht hätte. Eine direkte Messung des Radius ist nicht möglich, da der Planet von der Erde aus gesehen seinen Stern nicht passiert. Die Mindestmasse des Planeten beträgt das 5,5-fache der Masse der Erde. Der Planet erregte anfangs Aufmerksamkeit, da er möglicherweise bewohnbar sein könnte, was jedoch inzwischen widerlegt wurde. Die mittlere Schwarzkörper-Oberflächentemperatur wurde auf -3 °C (bei einer Venus-ähnlichen Albedo) und 40 °C (bei einer Erd-ähnlichen Albedo) geschätzt, doch könnten die Temperaturen aufgrund eines unkontrollierten Treibhauseffekts, ähnlich dem der Venus, viel höher sein (etwa 500 Grad Celsius). Einige Astronomen glauben, dass das System eine Planetenwanderung durchlaufen haben könnte und dass sich Gliese 581c jenseits der Frostgrenze gebildet haben könnte, mit einer Zusammensetzung ähnlich der von Eiskörpern wie Ganymed. Gliese 581c absolviert eine volle Umlaufbahn in knapp 13 Tagen.

Unbestätigte PlanetenBearbeiten

Gliese 581gBearbeiten

Gliese 581g, inoffiziell auch als Zarminas Welt bekannt, ist ein unbestätigter (und umstrittener) Exoplanet, der angeblich innerhalb des Planetensystems Gliese 581, zwanzig Lichtjahre von der Erde entfernt, kreist. Er wurde von der Lick-Carnegie Exoplanet Survey entdeckt und ist der sechste Planet, der den Stern umkreist (Gliese 581 f wurde als Artefakt entlarvt); seine Existenz konnte jedoch von der Europäischen Südsternwarte (ESO) / High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher (HARPS) nicht bestätigt werden, und seine Existenz bleibt umstritten. Es wird angenommen, dass er sich in der Mitte der bewohnbaren Zone seines Sterns befindet. Das bedeutet, dass er flüssiges Wasser – eine Notwendigkeit für alles bekannte Leben – auf seiner Oberfläche beherbergen könnte, wenn auf dem Planeten günstige atmosphärische Bedingungen herrschen.

Gliese 581g wurde angeblich von Astronomen des Lick-Carnegie Exoplanet Survey entdeckt. Die Autoren erklärten, dass Datensätze sowohl des hochauflösenden Echelle-Spektrometers (HIRES) als auch von HARPS benötigt wurden, um den Planeten zu entdecken; das ESO/HARPS-Durchmusterungsteam konnte seine Existenz jedoch nicht bestätigen. Der Planet blieb unbestätigt, da kein Konsens über seine Existenz erreicht werden konnte. Weitere Reanalysen ergaben nur Hinweise auf vier Planeten, aber der Entdecker Steven S. Vogt war mit diesen Schlussfolgerungen nicht einverstanden; eine weitere Studie von Guillem Anglada-Escudé bestätigte später die Existenz des Planeten. Im Jahr 2012 bestätigte eine erneute Analyse von Vogt seine Existenz. Eine neue Studie aus dem Jahr 2014 kam zu dem Schluss, dass es sich um ein falsches positives Ergebnis handelte; eine erneute Analyse der Daten im Jahr 2015 deutete jedoch darauf hin, dass der Planet immer noch existieren könnte. Es wird angenommen, dass der Planet an seinen Stern gekoppelt ist. Wenn der Planet eine dichte Atmosphäre hat, könnte er in der Lage sein, Wärme zu zirkulieren. Die tatsächliche Bewohnbarkeit des Planeten hängt von der Zusammensetzung seiner Oberfläche und seiner Atmosphäre ab. Es wird angenommen, dass er Temperaturen von -37 bis -11 °C (-35 bis 10 °F) aufweist. Zum Vergleich: Die Erde hat eine durchschnittliche Oberflächentemperatur von 15 °C, während der Mars eine durchschnittliche Oberflächentemperatur von etwa -63 °C aufweist. Der Planet hat laut Vogt eine „100%ige“ Chance, Leben zu beherbergen, aber das ist umstritten.

Gliese 581dBearbeiten

Gliese 581d ist ein Exoplanet, der derzeit aufgrund ungenauer Analysen, die durch Rauschen und stellare Aktivität verursacht werden, umstritten ist und vom NASA Exoplanet Archive als widerlegt gilt. Dies ist nach wie vor umstritten, wobei eine Arbeit aus dem Jahr 2015 der Analyse von 2014 zustimmt und eine andere sie ablehnt. In einer Veröffentlichung aus dem Jahr 2019 über Planeten, die nahe M-Zwerge umkreisen, wird GJ 581 d aufgeführt (obwohl er als GJ 581 e bezeichnet wird). Man geht davon aus, dass die Masse des Planeten 6,98 Erden beträgt und sein Radius, unter der Annahme einer erdähnlichen Zusammensetzung, 2,2 R⊕ beträgt, was ihn zu einer Super-Erde macht. Seine Umlaufzeit wird auf 66,87 Tage geschätzt, mit einer Halbachse von 0,21847 AE und einer unbeschränkten Exzentrizität. Analysen deuten darauf hin, dass er innerhalb der bewohnbaren Zone des Sterns kreist, wo die Temperaturen genau richtig sind, um Leben zu ermöglichen.

SETIEdit

Das System Gliese 581 war das Ziel sowohl der SETI- als auch der Active SETI-Suche nach außerirdischem Leben.A Message from Earth (AMFE) ist ein digitales Funksignal mit hoher Leistung, das am 9. Oktober 2008 in Richtung Gliese 581c gesendet wurde. Das Signal ist eine digitale Zeitkapsel mit 501 Nachrichten, die im Rahmen eines Wettbewerbs auf der Social-Networking-Website Bebo ausgewählt wurden. Die Nachricht wurde mit dem Radarteleskop Yevpatoria RT-70 der Nationalen Raumfahrtbehörde der Ukraine gesendet. Das Signal wird Gliese 581 Anfang 2029 erreichen.

Mit Hilfe der optischen SETI hat Ragbir Bhathal behauptet, im Jahr 2008 einen unerklärlichen Lichtimpuls aus der Richtung des Systems Gliese 581 entdeckt zu haben.

Im Jahr 2012 wurde Gliese 581 vom International Centre for Radio Astronomy Research an der Curtin University in Perth mit dem Australian Long Baseline Array unter Verwendung von drei Radioteleskopen in Australien und der Very Long Baseline Interferometry-Technik genau angepeilt, es wurden jedoch keine möglichen Signale gefunden.

TrümmerscheibeEdit

Am äußeren Rand des Systems befindet sich eine massive Trümmerscheibe, die mehr Kometen enthält als das Sonnensystem. Die Trümmerscheibe hat eine Neigung zwischen 30° und 70°. Wenn die Planetenbahnen in der gleichen Ebene liegen würden, lägen ihre Massen zwischen dem 1,1- und 2-fachen der minimalen Massenwerte.