Das Universum nach Planeten durchkämmen

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Die SAO-Forscher Li und Walsworth testen ihren neuen Laser „Astro-Kamm“ im Labor. Der Astro-Kamm ist genau genug, um die Bewegung eines erdgroßen Planeten in einer erdähnlichen Umlaufbahn um einen sonnenähnlichen Stern zu messen – einige Zentimeter pro Sekunde.

 

Es gibt gegenwärtig 228 bekannte Planeten um andere Sterne und alle wurden mit einer von nur drei Beobachtungsmethoden entdeckt: das periodische Pendeln der „Farbe“ des Lichts, das vom Heimatstern kommt, während der Planet diesen umkreist (die Dopplermethode), die periodische Abschwächung des Lichts, das vom Heimatstern kommt, wenn der Planet die Sichtlinie zwischen dem Stern und uns durchquert (die Transitmethode) oder falls der Planet zufällig in der Nähe unserer Sichtlinie zu einem entfernter liegenden Stern vorbeizieht, wodurch der Planet das Licht des Sterns verstärkt (die Gravitationslinsenmethode). Die größte Zahl an Entdeckungen wurde mit der Dopplermethode erhalten, da sie nur geringe Kenntnis über die Geometrie oder die Ausrichtung der entfernten Sonnensysteme erfordert. Alle diese neu entdeckten Planeten helfen, Aufschluss über die Erde, und wie sie und unser Sonnensystem gebildet wurden, zu geben. Allerdings wurden bisher keine erdgroßen Planeten entdeckt, zum Teil weil die Verschiebung des Lichts, die von einem erdgroßen Planeten hervorgerufen wird, der einen sonnenähnlichen Stern umkreist, winzig klein ist – nur wenige Zentimeter pro Sekunde, was 10-mal kleiner als die zur Zeit erreichbare Genauigkeit von einem Meter pro Sekunde ist. Allerdings ist dies Dank der Forschung am CfA im Begriff, sich auf dramatische Art und Weise zu ändern.

Das Journal Nature widmet im April 2008 bemerkenswerte drei Artikel einem bahnbrechenden neuen Lasergerät, das beträchtlich verbesserte Messungen von winzigen Geschwindigkeiten, bis hinunter zu einem Zentimeter pro Sekunde, bei astronomischen Quellen ermöglicht. Der Hauptartikel ist der Forschungsbericht von neun Wissenschaftlern, darunter Chih-Hao Li, Alexander Glenday, David Phillips, Dimitar Sasselov, Andrew Szentgyorgyi und Ron Walsworth vom CfA. (Die beiden anderen Artikel beschäftigen sich mit der großen Bedeutung der neuen Arbeit.)
Das CfA ist seit langem für seine Arbeit der im Labor angesiedelten Astrophysik bekannt und namentlich für die Herstellung einiger der besten Zeiterfassungsgeräte der Welt: Wasserstoffmaser-Uhren, von der NASA (zum Beispiel) genutzt, um ihre Satelliten zu verfolgen als auch von Radioastronomen auf der ganzen Welt, um Präzisionsmessungen von kosmischen Erscheinungen durchzuführen. Die Maser-Forschungsgruppe am CfA hat über Jahre hinweg moderne Techno-logien fortentwickelt und diese in neue Instrumente umgesetzt, um den Himmel zu untersuchen. Das neue Lasergerät – welches sie „Astro-Kamm“ nennen – wurde in Zusammenarbeit mit beobachtenden Astronomen sowie Physikern entwickelt, bezeichnend für die leistungsstarke, interdisziplinäre Zusammenarbeit, die am CfA möglich gemacht wurde. Das Messgerät erzeugt einen extrem feinen, überaus stabilen Kamm von vielen Referenzwellenlängen des Lichts, die genutzt werden können, um sie gegen eine einzelne (oder mehrere) Wellenlänge(n) von astronomischen Objekten zu vergleichen… zum Beispiel das Licht von einem geringfügig wackelnden Stern. Das Gerät nutzt einen Laser, der jede Billiardstel Sekunde (Femtosekunde) einen kurzen Lichtblitz aussendet, um diesen Wellenlängen-Kamm zu erzeugen, dazu hochgenaue Atomuhren, die auf ungefähr eine Sekunde in zehntausend Jahren genau gehen, um diese Wellenlängen einer festen Referenz zuzuordnen.

Die neue Vorrichtung wird im Mai für erste Messungen zum Multiple Mirror Telescope am Mt. Hopkins, Arizona, gebracht. Wenn sie am Teleskop genauso gut arbeitet wie im Labor, wird es zum ersten Mal möglich sein, einen erdgroßen Planeten in einer erdähnlichen Umlaufbahn um einen sonnenähnlichen Stern auszumachen. Nicht nur das – der Kamm wird in der Lage sein, wichtige Beiträge zur Untersuchung der Dunklen Materie zu liefern und könnte sogar direkt die Abbremsung des expandierenden Universums messen. Nicht zuletzt zeigt dieses neue Instrument die spektakulären Fortschritte, die möglich sind, wenn technisches Wissen mit physikalischer Erkenntnis und astronomischer Kunstfertigkeit verbunden wird – es zeigt zudem die anhaltende Spitzenstellung des CfA in allen drei elementaren Bereichen.

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