Sind wir wirklich alleine im Kosmos? : Wie eine Berliner Forscherin nach Erdzwillingen sucht

Sie fahndet nach fernen Planeten: Astrophysikerin Heike Rauer über die 900 Millionen Euro teure Plato-Mission und ein Satellitenmodell aus Lego. Ein Interview.

Umgebung eines supermassereichen Schwarzen Lochs im Herzen der aktiven Galaxie NGC 3783 im südlichen Sternbild Centaurus (Illustration).
Umgebung eines supermassereichen Schwarzen Lochs im Herzen der aktiven Galaxie NGC 3783 im südlichen Sternbild Centaurus...Foto: picture alliance

Heike Rauer ist Astrophysikerin und Direktorin des Instituts für Planetenforschung am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Berlin-Adlershof. Im Interview spricht sie über Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, die Kosten der Erkundung des Alls und die Frage nach anderem Leben.

Frau Rauer, wir werden Sie nun quälen, indem wir Sie zwingen, Ihre Forschung so einfach wie möglich zu erklären. In Ordnung?
Nur zu, mir macht’s Spaß, wenn ich Leuten zeigen kann, wozu gut ist, was sie in der Schule gelernt haben!

Wie lautet eine typische Frage, die Ihnen zeigt, dass einer keine Ahnung von Astronomie hat?
Was ist der Unterschied zwischen einem Stern und einen Planeten?

Und?
Kurz gesagt: Ein Stern sendet Licht und Energie aus, ein Planet reflektiert nur dessen Licht. Ein Stern entsteht, wenn sich eine Gaswolke durch die Gravitation zusammenzieht. Irgendwann ist die Dichte so groß, dass im Inneren die Kernfusion starten kann und Wasserstoff zu Helium verbrennt.

Und die Planeten?
Die bilden sich aus dem Material, das nicht vom Stern aufgenommen wird, sondern um ihn rotiert. Diese protoplanetare Scheibe besteht auch aus Wasserstoffgas und Staubkörnchen. Kernfusion können Planeten aber nicht, weil sie zu wenig Masse haben. Wir unterscheiden dann nochmal in Gesteinsplaneten wie Merkur, Venus, Erde, Mars – und Gasplaneten wie Jupiter oder Saturn. Die Gasplaneten haben keine feste Oberfläche, nur im Inneren vermuten wir einen festen Gesteinskern von 15-20 Erdmassen.

Unser Stern ist die Sonne, wie geht es der so?
Gut. Machen Sie sich keine Sorgen. Mit 4,5 Milliarden Jahren ist sie in der Mitte ihres Lebens. Bevor sie ihren Wasserstoffvorrat aufgebraucht hat, vergehen nochmal mindestens so viel Zeit.

Als Chefin des Instituts für Planetenforschung sind Sie Teil der Plato-Mission, die ab 2026 extrasolare Planeten, so genannte Exoplaneten, finden und näher untersuchen will, als das bisher möglich war. Was ist ein Exoplanet?
Ein Planet außerhalb unseres Sonnensystems, der einen anderen Stern umkreist. Wir interessieren uns besonders für Gesteinsplaneten, die eine Atmosphäre haben und auf denen es vielleicht flüssiges Wasser gibt. Möglicherweise finden wir sogar einen Erdzwilling, auf dem Wasser, eine Atmosphäre und deshalb eventuell sogar Leben existiert.

Die Nobelpreisträger 2019 in Physik (v.l.n.r.): Didier Queloz, Michel Mayor und James Peebles.
Die Nobelpreisträger 2019 in Physik (v.l.n.r.): Didier Queloz, Michel Mayor und James Peebles.Foto: dpa

Es heißt, allein in der Milchstraße gäbe es 500 Millionen bewohnbare Planeten.
Ein Schätzwert. 1995 entdeckten meine Schweizer Kollegen Didier Queloz und Michel Mayor den ersten Planeten, der um einen sonnenähnlichen Stern kreist. Dafür haben Sie gerade den Nobelpreis bekommen. Seitdem haben wir in der Milchstraße, unsere Heimatgalaxie, etwa 4000 weitere Planeten gefunden und etwa nochmal so viele Kandidaten. Wir wissen von der Kepler/K2-Satellitenmission der Nasa, dass etwa jeder zweite Stern am Himmel einen Planeten mit einer Umlaufperiode von bis zu drei Monaten hat. Bei geschätzt mehr als 100 Milliarden Sternen in unserer Milchstraße würde das eine sehr große Anzahl von noch unentdeckten Planeten bedeuten, wenn sich diese Statistik in Zukunft bestätigt.

Was haben Sie aus den bisherigen Entdeckungen gelernt?
Wir sind die erste Generation der Menschheit, die weiß, dass es tatsächlich Planeten um andere Sterne gibt. Das ist nicht mehr Science-Fiction, sondern Science! Ein wirklich großer Sprung. Konkret gelernt haben wir zum Beispiel, dass unser Sonnensystem nicht unbedingt typisch ist. Lange hat man angenommen: So wie es bei uns aussieht, muss es überall sein – innen die Gesteinsplaneten, außen die Gasriesen. Der Planet, den Queloz und Mayor entdeckt haben, hat diese Idee sofort über den Haufen geworfen. Später haben wir Planeten gefunden, die nicht auf Kreisbahnen um ihren Stern laufen, sondern elliptisch. Dann hat man Planeten entdeckt, die nicht in der Äquatorebene den Stern umkreisen, wie sie das bei uns tun. Hat man sich vorher alles nicht vorstellen können. Die Diversität der Planeten ist viel größer, als wir es uns allein am Beispiel des Sonnensystems haben ausmalen können.

Und die 4000 Planeten, die Sie und Ihre Wissenschaftlerkollegen gefunden haben, reichen Ihnen nicht?
Stellen Sie sich vor, Sie sind Botaniker und kennen nur Gänseblümchen! Die Vielfalt ist so groß, dass wir glauben, noch lange nicht am Ende der Erkundung dessen zu sein, was es in unserer Milchstraße gibt, sondern ganz im Gegenteil: erst ganz am Anfang.

Wie funktioniert Plato?
Von der Kepler-Mission, die von 2009 bis 2018 lief, haben wir bereits eine Menge Daten bekommen. Aber in der Analyse waren uns Grenzen gesetzt, weil die meisten Sterne der von Kepler entdeckten Systeme so lichtschwach sind, dass man die Massen der Planeten nicht bestimmen konnte. Die braucht man aber mindestens, um zu entscheiden, ob es eine Erde oder ein Gasplanet ist. Plato macht jetzt im Prinzip die gleichen Messungen nochmal, aber an helleren Objekten. So können wir für fast alle Planeten sowohl Größe als auch die Masse bestimmen. Danach kennen wir den Planeten-Zoo viel besser. Und wir können aus den Plato-Daten mit Hilfe der Astroseismologie auch das Alter des Planetensystems viel genauer analysieren, als dies bisher möglich war. Nächstes Jahr soll das Design des Satelliten stehen.

Ein Modell aus Legosteinen haben Sie jetzt schon.
Gut, oder? Vielleicht geht es ja in Serie. Für die 26 Kameras haben wir die Lego-Mülleimer benutzt, da haben wir ein paar Bausätze ausgeplündert. Die Idee kommt von der deutschen Firma OHB-Systems, die den Satelliten baut, der das Weltraumteleskop Plato tragen wird.

Astrophysikerin Heike Rauer.
Astrophysikerin Heike Rauer.Foto: DLR / Grafik: Tagesspiegel
Heike Rauer

Heike Rauer, 58, leitet seit 2017 das Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt. Sie studierte Physik an der Leibniz-Universität in Hannover und promovierte 1991 mit einer Arbeit über die Plasmaschweife von Kometen. Nach der Schule wollte sie eigentlich Kunst studieren. „Ich zeichne gerne. Es macht Spaß, sich auszudrücken“, sagt sie in ihrem Büro in Adlershof. Für Kunst hat sie momentan allerdings wenig Zeit, weil sie für die Expoplaneten-Suchmission Plato, die 2026 starten soll, quer durch die Welt fährt.
An der einen Wand ihres Büros hängen bunte Bilder von Planeten, an einer anderen ein riesiges Whiteboard mit kompliziert aussehenden Formeln, die sich bei genauerer Betrachtung als Finanzbuchhaltung erweisen. Ihr Reisetipp zum Beobachten des Sternenhimmels: „Die Atacama-Wüste in Chile. Wunderschön.“

Warum hat Plato denn 26 Kameras?
Weil wir zwei widersprüchlichen Anforderungen gerecht werden müssen: Einerseits wollen wir ganz viele Sterne gleichzeitig beobachten, also ein großes Bildfeld betrachten, denn die hellen Sterne sind sehr dünn verteilt am Himmel. Andererseits möchten wir besonders helle Sterne anschauen. Deshalb dürfen wir keine zu große Kameröffnung benutzen, da man sonst überbelichtet. Bei hellen Sternen würden die Daten einer Kamera reichen, für dunkle rechnen wir die Informationen von mehreren zusammen.

Wie genau lässt sich auf den Bildern erkennen, ob da ein Planet um den Stern kreist?
Wir können den Planeten nicht direkt neben seinem Stern sehen, das ist noch Zukunftsmusik. Eine Methode ist deshalb, die Helligkeit des Sterns zu messen. Die ist in erster Näherung konstant. Wenn aber ein Planet zwischen uns und dem Stern vorbeizieht, dann schluckt er ein wenig vom Licht. Dieser Unterschied, der Dip, ist messbar und proportional zur Größe des Planeten.

Die Wahrscheinlichkeit, dass wir genau seitlich auf die Bahnebene schauen, muss doch minimal sein.
In der Tat. Die Chance liegt für einen heißen Jupiter mit ein paar Tagen Umlaufperiode bei zehn Prozent, für eine Erde um eine Sonne wäre es nochmal hundert Mal kleiner. Deshalb schauen wir uns auch so viele Sterne wie möglich an. Das ist wie in der Lotterie. Je mehr Lose Sie kaufen, desto wahrscheinlicher ist es, zu gewinnen. Ein zweiter Weg ist die Radialgeschwindigkeitsmethode.

Jetzt wird’s kompliziert.
Nein. Stellen Sie sich vor, Sie fassen ein Kind an beiden Händen und drehen sich im Kreis. Sie sind viel schwerer, trotzdem bleiben Sie nicht an einer Stelle stehen. Sie beide kreisen um Ihren gemeinsamen Masseschwerpunkt. Das tun ein Planet und ein Stern auch. Dabei wird das Licht in der Wellenlänge verschoben, je nachdem ob sich der Stern gerade zu uns hin oder von uns weg bewegt. Unsere Instrumente sind so genau, dass wir schon eine Ablenkung von wenigen Zentimetern wahrnehmen können.

Klingt nach hoher Mathematik.
Die Messprinzipien, die wir anwenden, sind eigentlich alle Schulwissen: Helligkeitsmessung, Spektroskopie. Doppler-Effekt. Der Teufel steckt dann nachher im Detail, in der Ingenieurskunst.

Die Plato-Mission kostet etwa 900 Millionen Euro, ungefähr so viel wie der Bau der Elbphilharmonie.
Ja, aber wir reden hier von Kosten, die über viele Länder in Europa und über die Jahre 2014 bis 2033/34 Jahre verteilt sind. Insgesamt sind Wissenschaftler aus 25 Ländern an Plato beteiligt, davon 15 am Bau des Instruments. Wir bezahlen zum Beispiel unseren Beitrag für die Software, die Italiener bezahlen die Linsen für die Optiken, die Engländer ihre Elektronik. Die Europäische Weltraumorganisation Esa übernimmt den größten Beitrag, unter anderem Rakete und Start, die Halbleiterdetektoren, die Bodenkontrolle. Im Anschluss folgen Datenauswertung und die Archivierung. Wenn man das alles zusammenrechnet, ist man ungefähr bei 900 Millionen. Aber ja, das ist eine Menge Geld.

Genau soviel wie der Bundesregierung jedes Jahr für den Naturschutz fehlt.
Sie können immer ein Negativargument bringen, wenn Sie Weltraumgrundlagenforschung mit etwas vergleichen, das unsere Gesundheit betrifft oder den Weltfrieden. Das sind Dinge, die sind wichtiger, das unterschreibt Ihnen auch jeder Wissenschaftler. Uns wurden gerade die Mittel gekürzt. Aber die Frage ist doch: Wollen wir Grundlagenforschung und Kultur abschaffen?

Äh ... nein?
Wir sind ein reiches Industrieland, das auf einer großen kulturellen und wissenschaftlichen Vergangenheit gründet. Sind wir nicht alle auch stolz auf Alexander von Humboldt, Albert Einstein und Max Planck? Wir sind ein Land, in dem die Grundbedürfnisse gedeckt sind, wir können und sollten uns diese Grundlagenforschung leisten, die die Basis für Innovation im „Übermorgen“ schafft. Natürlich hat die Entdeckung eines Exoplaneten erstmal keine wirtschaftlichen Auswirkungen, aber die Fragen, um die es geht, sind doch so alt wie die Menschheit: Woher kommen wir? Wie ist unsere Erde entstanden, wie die Milchstraße, das Universum? Und schließlich: Sind wir allein im Kosmos? Wahrscheinlich bewegt uns die Frage so, weil uns die Vorstellung, unter uns zu sein, nicht behagt.

Wenn Sie wirklich eines Tages eine zweite Erde finden, würden da zwangsläufig Menschen leben?
Nee, eben nicht. Es kann ja sein, dass wir eine sehr alte Erde entdecken oder eine sehr junge. Die ersten zwei, zweieinhalb Milliarden Jahre gab es auf unserer Erde keinen Sauerstoff. Kohlendioxid war die dominierende Atmosphäre, als das Leben entstand, wie bei Venus und Mars. Für mich wäre eine zweite Erde schon ein Gesteinsplanet, der uns in Größe und Masse ähnelt. Ja, flüssiges Wasser muss sein, dann entweder eine Kohlendioxid- oder Sauerstoffatmosphäre. In der CO2-Atmosphäre kann ich durchaus schon einfaches Leben haben. Aber ob sich da wirklich etwas entwickelt, ist dann eine ganz andere Frage.

Was könnte sich denn konkret entwickeln?
Einzeller, einfache Lebensformen in den Ozeanen. Wir schauen nach Habitabilität, also Bewohnbarkeit.

Machen Ihnen diese unglaublichen Dimensionen, innerhalb derer Sie denken müssen, manchmal Angst?
Angst nicht, man gewöhnt sich dran. Man lernt schon im Studium, das es Dinge gibt, die wir nicht erfassen, so große Zeitskalen, so große Räume. Wir machen uns Modelle im Kopf, auf Grund derer wir dann mathematische Gleichungen entwickeln, doch wenn wir von einem expandierenden Universum sprechen, kommt immer die Frage – expandieren, wohin? In was? Ein Teil des Studiums ist auch, zu akzeptieren, dass man sich nicht alles vorstellen kann. Warum auch? Warum sollten wir Menschen mit unseren fünf Sinnen alles erfassen können, auch wenn wir täglich dazu lernen. Manchmal würde ich mich schon gerne für 50 Jahre einfrieren lassen, und dann mal gucken, was passiert ist. Aber das ist nun mal unser Geschäft: Man ist bei den Anfängen dabei, man sieht all diese Fragen, aber erste die nächste oder übernächste Generation wird sie beantworten können.

Frustriert Sie das?
Ach, mich macht diese kosmische Perspektive auch gelassener. Wenn man so richtig gestresst oder genervt ist, und man geht raus in die Natur und schaut abends zu den Sternen hoch, dann weiß man, wo sein Platz im Universum ist, dann wird alles andere doch sehr, sehr klein. Wir alle sind auch nur Teil eines Materiekreislaufs. Jedes Element, das wir kennen, also sämtliche Materie, alles was sie sehen, ist einmal in einem Stern erzeugt worden. Das ist schon faszinierend.

Frau Rauer, haben Sie vielen Dank. Wir fühlen uns jetzt gleichzeitig viel schlauer und viel blöder.
Ein typischer Zustand für einen Grundlagenforscher!