Starshade zur Suche nach Exoplaneten

Hybrid-Observatorium mit Sternschirm zur Suche nach erdähnlichen Exoplaneten

Ein 100-Meter-Sternschirm im All blockiert das Licht einer Zentralsterns und ermöglicht es bodengebundenen Teleskopen, erdähnliche Exoplaneten in habitablen Zonen direkt zu beobachten. Dies überwindet die atmosphärische Turbulenz und die geringe Kontrastauflösung herkömmlicher Koronagraphen. Eine Studie in Nature Astronomy zeigt, dass dieses hybride System, HOEE (Hybrid-Observatorium für erdähnliche Exoplaneten), innerhalb von Minuten Dutzende erdgroße Planeten und innerhalb weniger Stunden Biosignaturen nachweisen kann – mit einer Winkelauflösung von 0,058 Millibogensekunden.

Erstautor Dr. Ahmed Mohamed Soliman vom NASA-JPL betont den Vorteil gegenüber reinen Weltraummissionen: Bodenteleskope verfügen über Spiegel, die sechsmal größer sind als die von HWO, was eine deutlich bessere Auflösung bei der Detektion von Planeten in Staubringen um Sterne ermöglicht.

Vergleich mit bestehenden Methoden

Die direkte Bildgebung macht nur 1,5 % aller Exoplanetenentdeckungen aus, da die Helligkeit der Sterne und die atmosphärische Turbulenz die Beobachtung erschweren. Traditionelle interne Koronagraphen an Weltraumteleskopen (JWST, Hubble) erreichen nicht genügend Kontrast, um erdähnliche Planeten in 1 AU Entfernung von Sonnenähnlichen Sternen nachzuweisen.

Der Sternschirm arbeitet extern: Er befindet sich in einer Umlaufbahn mit millibogensekundengenauer Positionierung und unterdrückt das Sternlicht vollständig. Moderne adaptiv-optische Systeme am ELT kompensieren auch bei mäßigem Wetter die Turbulenz der Atmosphäre.

| Methode | Kontrast | Auflösung | Anwendung |

|--------|----------|------------|-------------|

| Interner Koronagraph (JWST, Roman) | Gering für erdähnliche Planeten | Begrenzt | Allgemeine Exoplaneten |

| Bodenteleskope (VLT, Subaru) | Mittel | Durch Atmosphäre eingeschränkt | Jupiter-ähnliche |

| HOEE mit Sternschirm | Hoch | 6-mal besser als HWO | Erdähnliche in habitabler Zone |

Integration mit bodengebundenen Teleskopen

HOEE nutzt:

• ELT und GMT in der chilenischen Atacama-Wüste – Spiegeldurchmesser bis zu 39 Meter.
• TMT auf Hawaii – 30-Meter-Aperture.

Diese Teleskope empfangen ein sauberes Signal vom Sternschirm, der sich am Sonne-Erde-L2-Punkt befindet (wie das JWST). Der Schirm maskiert den Stern unter einem Winkel von 0,1 Bogensekunde und offenbart so Planeten in der habitablen Zone.

Soliman bemerkt: Für sonnenähnliche Sterne müssen erdähnliche Planeten in 1 AU Entfernung liegen, wo Sauerstoff und Wasser existieren könnten. Das System scannt ganze Planetensysteme innerhalb von Minuten und identifiziert Kandidaten für erdähnliche Planeten.

Vorteile gegenüber zukünftigen Missionen

Nasas Roman Space Telescope (Start 2026–2027) und HWO (2030er–2040er Jahre) setzen auf interne Koronagraphen oder kleinere Schirme. HOEE übertrifft sie in Geschwindigkeit und Auflösung:

• Erkennt Planetensysteme sechsmal schneller als HWO dank seiner großen Öffnung.
• Funktioniert effektiv in staubreichen Diskus von Kometen und Asteroiden.
• Dient als technologischer Brückenkopf zum HWO.

HWO bietet größere Zielflexibilität, aber HOEE spart Tage, da Biosignaturen bereits innerhalb von Stunden analysiert werden können.

Technische Herausforderungen und nächste Schritte

Der 100-Meter-Schirm muss extrem leicht sein, um beim Start und bei der Bewegung zwischen Sternen bewegt zu werden. Fortschritte am JPL, Goddard und Ames durch die NASA-Programme Starshade und NIAC haben bereits faltbare Strukturen prototypisch realisiert.

Das Keck-Institut für Raumforschung koordiniert den Wegweiser – von Simulationen bis hin zu einer Mission, die darauf abzielt, den ersten erdähnlichen Planeten um einen G-Typ-Stern zu finden.

Die Astro2020-Dezennialsurvey setzt auf habitable Welten – HOEE passt perfekt in dieses Ziel.

Schlüsselerkenntnisse

• Der Sternschirm steigert den Kontrast um mehr als das 100-fache gegenüber Koronagraphen und macht erdähnliche Exoplaneten zugänglich.
• Bodengebundene Riesen (ELT, GMT, TMT) liefern sechsmal bessere Auflösung als ihre Weltraumkollegen.
• Biosignaturen werden innerhalb von Stunden in der habitablen Zone (1 AU für sonnenähnliche Sterne) nachgewiesen.
• HOEE ist ein Sprungbrett zum HWO und beschleunigt die Suche nach Leben.
• Adaptive Optik minimieren die Auswirkungen der atmosphärischen Turbulenz.

— Editorial Team