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Es klingt wie aus einem Science-Fiction-Roman: Es wurde ein Planet entdeckt, der den nächstgelegenen Stern umkreist. Was die Tatsache wirklich wie Science Fiction erscheinen lässt ist, dass sich der Planet Proxima Centauri b in der habitablen Zone befindet und auch noch ein erdähnlicher Planet ist. Aber kommen wir erstmal zu den Fakten, bevor ich weiter Euphorie verbreite.

Unser nächstgelegener Stern Proxima Centauri ist ein Roter Zwerg. Im Vergleich zu unserer Sonne hat er nur einen Durchmesser von ca. 200.000 km, was 14 Prozent des Durchmessers der Sonne entsprechen. Er ist auch im Vergleich zu unserer Sonne nur halb so heiß, was mit 2.800°C immer noch ordentlich heiß ist. Der Name Roter Zwerg suggeriert natürlich, dass sich am Himmel von Proxima Centauri b eine rote Kugel über den Himmel schiebt, was aber Phantasie ist. Stellt euch einfach mal flüssiges Eisen vor; Eisen schmilzt bei ca. 1.500°C und wenn es richtig flüssig ist, erscheint es auch nicht rot, sondern hellgelb bis weiß. Und genau so scheint Proxima Centauri auf seinen Planeten. Nur nicht wie bei uns, sondern in dreifacher Größe der Sonne. Genau wie bei uns, sollte man es auch auf Proxima Centauri b tunlichst bleiben lassen, direkt in die Sonne zu blicken.

Der entdeckte Planet Proxima Centauri b umkreist seinen Stern in einem Abstand von ca. 0,05 Astronomischen Einheiten (1 AE = Abstand Sonne - Erde). Das ist näher als der Merkur. Und trotzdem befindet er sich in der habitablen Zone. Habitable Zone bedeutet grob gesagt, dass sich der Planet in einer Entfernung zu seiner Sonne befindet, um die richtige Energie abzubekommen, damit sich Wasser in flüssiger Form halten kann. Da Proxima Centauri ein Roter Zwerg ist, muss sich der Planet so nah daran befinden. Aber dann kommen noch Faktoren wie Atmosphäre, Rotation usw. hinzu. Beispiel: Die Venus liegt auch in der habitablen Zone, jedoch macht der Kohlendioxidgehalt die Atmosphäre zu einem Treibhaus, in dessen Backofen keine Chance auf Leben besteht.

Wäre also Leben auf Proxima Centauri möglich? Vielleicht schon, kommt ganz auf die Bedingungen an. Es war schon schwierig genug, den Planeten überhaupt zu entdecken. Mit dem angewandten Verfahren der Radialgeschwindigkeit kann man maximal die Untergrenze des Exoplaneten bestimmen. Genaueres lässt sich aber feststellen, wenn man die Neigung der Planetenbahn zum Stern kennt. Man schaut ja nicht zwangsläufig immer quer oder von oben auf den Tanz zwischen Sonne und Planet. So konnte man bestimmen, dass Proxima Centauri b ungefähr das 1,3-fache der Erdmasse besitzt und seinen Stern in 11,2 Tagen umrundet, ein ziemlich kurzes Jahr. Auf Grund der kurzen Umlaufzeit geht man davon aus, dass der Planet immer die gleiche Seite der Sonne zuwendet. Klingt nicht optimal, da auf der einen Seite Wasser verdampfen würde, während es auf der anderen gefriert. Wenn es denn überhaupt eine Atmosphäre gibt. Roter Zwerge, speziell auch Proxima Centauri, gehören gerne zur Gruppe der Flare Sterne, d.h. sie werfen in unregelmäßigen Abständigen Masse und Energie in den Raum. In so einem geringen Abstand hätte das verheerende Folgen.

Und wie kommt man nun zu so einer Entdeckung? Spekuliert wurde schon öfter, ob es einen Planeten um Proxima Centauri gibt. Jedoch wurde nie einer gefunden. Basierend auf der Idee Carl Sagans "Pale Blue Dot" (zu deutsch: Blasser blauer Punkt) wurde die Aktion "Pale Red Dot" von der Europäischen Südsternwarte ESO ins Leben gerufen. Sie sollte der Öffentlichkeit zeigen, welchen Aufwand es darstellt und mit welchen Methoden Planeten gefunden werden. Anfang des Jahres blickte HARPS 60 Nächte lang auf Proxima Centauri und nach Auswertung der Daten in Zusammenspiel mit allen anderen Daten, die seit 2000 gewonnen wurden, kann man nun mit Sicherheit sagen: Ja, wir haben einen erdähnlichen Planeten in der "unmittelbaren" Nachbarschaft. Kommen wir hin? Mit derzeitigen Antrieben würde es mehr als 10.000 Jahre dauern, bis wir Proxima Centauri erreichen.

Nachdem ich derzeit immer noch dabei bin, alte Blogeinträge (die sind mittlerweile über 8 Jahre alt) vom alten Blog auf den aktuellen zu kopieren, musste ich feststellen, dass der wissenschaftliche Teil doch sehr zum Erliegen gekommen ist. Und das, obwohl ich immer noch etliche Newsletter abonniert habe. Vielleicht liegt es daran, dass das Verständnis für die wissenschaftlichen Artikel mittlerweile so komplex ist, dass es einem Normalbürger wie mir schwer fällt, überhaupt zu verstehen, was da entdeckt wurde.

Um den Einstieg zur neuesten Entdeckung zu finden, muss ich etwas weiter ausholen. Der aktuelle kosmologische Modell (mir gefällt, dass Wissenschaftler mittlerweile ihrem Modell gegenüber so skeptisch sind, dass es immer mit dem Präfix "das aktuelle..." oder "nach derzeitigen Erkenntnissen" versehen wird. Man könnte es auch "das beste kosmologische Modell aller Zeiten nennen" - aber das nur eine ironische Anmerkung)... also das aktuelle kosmologische Modell geht davon aus, dass unser Universum nach dem Urknall von heißer Strahlung durchflutet wurde. Nach ca. 380.000 Jahren hatte diese Strahlung das erste Mal die Chance sich frei zu bewegen. Was damals noch heiß und kurzwellig war, wurde im Laufe der Jahrmilliarden sehr langwellig und hat eine Temperatur von drei Kelvin. Diese kosmische Hintergrundstrahlung wurde vor 50 Jahren das erste Mal gemessen und gilt seither als der Beweis für den Urknall.

Obiges Bild zeigt die Temperaturschwankungen der Hintergrundstrahlung anhand von Messungen die der Planck-Satellit gemacht hat. Also fasse ich nochmal kurz zusammen: (T = 0) Urknall - (T = 380.000 Jahre) erste Hintergrundstrahlung - (T = heute) Hintergrundstrahlung von drei Kelvin. Das Traurige an dieser Zeitlinie ist auch, dass spätere Zivilisationen, die in Jahrmillionen entstehen, keine Information darüber erhalten, wie der Anfang war, weil die Hintergrundstrahlung kaum messbar ist. Natürlich gibt es auch ein berechenbares Modell dazu, wie sich die Größe unseres Universum entwickelt haben muss. Diese Berechnung funktioniert auch soweit, nur dass es eine Diskrepanz gibt, die sich in den ersten 380.000 Jahren zugetragen hat. Damit man auf die aktuelle Größe des Universums kommt, muss sich das Universum exponentiell schnell ausgedehnt haben - schneller als Lichtgeschwindigkeit. Diese Expansion wird Inflation genannt und gilt als Knackpunkt für die Richtigkeit der Urknalltheorie. Oder ich sollte besser sagen "sie galt" als Knackpunkt, denn Wissenschaftlern ist es gelungen einen Beweis für die Inflation zu finden.

Um das nachzuweisen, muss ich auf Einstein zurückgreifen. Dieser postulierte Gravitationswellen, die entstehen, wo große Massen beschleunigt werden, zum Beispiel bei Supernovae oder auch der inflationären Phase des Universums nach dem Urknall. Die Gravitationswellen nachzuweisen ist natürlich schwer. Aber ähnlich wie bei Licht, dessen Polarisation sich durch Reflexion an Gegenständen ändert, müsste die Polarisation der Hintergrundstrahlung durch die Gravitationswellen verändert werden.

Wie misst man aber die Polarisation der Hintergrundstrahlung? Vereinfacht gesagt geht man von zwei unterschiedlichen Polarisationsmöglichkeiten aus: Dichteschwankungen (den sogenannten E-Moden, die 2002 das erste Mal gemessen wurden) und den schwieriger zu messenden B-Moden, die auf Schwankungen im Raum-Zeit-Gefüge zurückzuführen sind. Diese unterscheiden sich in der Ausrichtung der Polarisation - ist die Ausrichtung radial oder kreisförmig, dann handelt es sich um E-Moden, ist die Ausrichtung spiralförmig, sind es B-Moden.

Durch das BICEP-Projekt (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) wurden diese B-Moden nur erstmals nachgewiesen. Dazu wurden von 2006-2008 prototypisch Messungen am Südpol vorgenommen. Mit der Messung von BICEP2 von 2010 bis Ende 2012 wurde mit mehr Detektoren gearbeitet, dessen Ergebnisse jetzt veröffentlicht wurden und damit als erster Nachweis für die Inflationsphase gelten (siehe Bild). Aktuell wird das Teleskop mit ca. 5 mal so vielen Detektoren ausgestattet, die dann die 3. Phase des BICEP-Projektes einläuten.

In Equador, im Norden der Hauptstadt Quito befindet sich Mitad del Mundo. Dort steht ein großes Steindenkmal am Äquator. Unweit davon ist ein privates Grundstück, wo sich die per GPS bestimmte Äquatorlinie befindet. Dabei sahen wir ein Experiment, wie der Strudel am Äquator aussieht.

Keine Vorstellung eines neuen Verstärkers, kein Frequenzgang für einen Kopfhörer - nein, eine kleine Sensation für die Welt der Physik diese Woche. Der alte Tevatron der Fermilabs sorgte für Aufsehen, als am Mittwoch Wissenschaftler dieses Bild veröffentlichten.

Bei einer routinemäßigen Kollision von Protonen und Antiprotonen kamen die Wissenschaftler zu folgender Entdeckung: Es entstanden zwei Ströme leichter Teilchen und ein schweres Teilchen, und das 250 mal häufiger, wie angenommen. Um es im Diagramm zu erklären:

• Rote Linie = Das Standardmodell der Physik
• Schraffierte Linie = Abweichungen innerhalb der Messungen
• Blaue Linie = Die Messungen des Tevatron

Natürlich ist der gemeine Physik skeptisch, was seine Entdeckungen angeht und rechnet gern nach. In diversen Artikeln wird es unterschiedlich erläutert, aber die folgende Erklärung hat mir am besten gefallen:

Man stelle sich ein Zugunglück mit zwei aufeinander prallenden Frachtzügen vor. Neben den Explosionen und dem Feuer findet man auch Autos, wie VW's, Opels und Audis. Worauf die Wissenschaftler aber wirklich scharf sind, ist die Entdeckung von Ferraris oder anderen Sportwagen. Aber die Ferraris lassen sich nun mal nicht leicht entdecken und deswegen muss man mehr als einmal Züge kollidieren lassen, um sich sicher zu sein, dass es den Ferrari wirklich gibt.

Meine eigene Interpretation wäre: Stellt euch vor, ihr steht im Regen und müsst Wasser auffangen, dass aus der Dachrinne läuft. Wenn ihr das einen Nachmittag gemacht habt, wisst ihr, wieviel aus der Dachrinne kam und vielleicht auch wieviel durch den Regen in den Messbecher gekommen ist. Das machen alle Nachbarn in der ganzen Straße. Schon hat man ein Standardmodell. Natürlich gibt es Abweichungen, weil der eine ein größeres Dach hat und bei dem anderen Löcher in der Dachrinne sind. Aber im Groben stimmt es überein. Doch an einem Nachmittag messt ihr an eurer Dachrinne außergewöhnlich viel mehr Regen, als beim letzten Mal. Zufall? Vielleicht - vielleicht auch nicht, wenn euer Haus demnächst abgerissen werden soll. Denn das Schicksal steht dem Tevatron bevor - es wurde von Regierungsseite verkündet, dass der Tevatron auf Grund seines Alters außer Dienst gehen soll.

Man kann mit einer Wahrscheinlichkeit von 1:1375 ausschließen, dass es eine Schwankung ist, was einer Standardabweichung von 3 Sigma entspricht. In der Welt der Teilchenphysik spricht man aber erst von einer Entdeckung, wenn 5 Sigma erreicht sind. Am LHC arbeitet man jetzt schon mit Energien, die 3 mal höher sind, als im Tevatron, d.h. das Signal müsst dort noch wesentlich deutlicher ausfallen. Natürlich wurde nie darauf geachtet, d.h. die Daten sind diesbezüglich noch garnicht ausgewertet worden. Und bevor man das Standardmodell der Physik über den Haufen wirft, zieht man sogar in Erwägung, dass Fehler in bei der Subtraktion des Hintergrundrauschens vorhanden sind (was auf das Regenbeispiel bezogen, der Regen wäre, der neben dem Wasser aus der Dachrinne in das Messgefäß fällt).