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Verleihung der Albert Einstein-Medaille an Michel Mayor am 10.Juni 2004

Vorstellung des Laureaten
Michel Gustave Mayor wurde am 12. Januar 1942 als zweites Kind in Lausanne geboren. Seine Jugendzeit verbrachte er in Aigle. Nach dem Physikstudium an der Universität Lausanne doktorierte er 1971 an der Universität Genf unter Professor Louis Martinet. Michel Mayor ist verheiratet und hat drei Töchter. Seine Hobbies sind Bergtouren, Skifahren, Reisen und natürlich Astronomie!

Mit Ausnahme von Aufenthalten am Observatorium Cambridge, an der europäischen Südsternwarte ESO in Chile und am Observatorium Hawaii blieb er an der Genfer Universität und am Observatorium Genf, dessen Leitung er seit 1998 innehat. Er verfasste mehr als 300 wissenschaftliche Publikationen und präsidierte von 1988 bis 1991 die Kommission „Structure and dynamics of the galactic system“ der Internationalen Astronomischen Vereinigung IAU, von 1990 bis 1992 den Wissenschaftlichen Beirat der ESO und von 1990 bis 1993 die Schweizerische Gesellschaft für Astrophysik und Astronomie. Er ist Mitglied der IAU-Kommission für Bioastronomie und seit 2002 Schweizer Delegierter des ESO-Rates.
Als Spezialist für Sternbeobachtung entwickelte er verschiedene Spektrometer, mit denen zum ersten Mal die Veränderungen der Helligkeit eines Sterns als Folge der Rotation eines Planeten beobachtet werden konnten. Damit entdeckte er im Jahr 1995 zusammen mit seinem Mitarbeiter Didier Queloz einen Planeten von der Grösse Jupiters um den Stern Pegasus 51, der 45 Lichtjahre von der Sonne entfernt ist. Die Entdeckung von Pegasus 51b – so der Name des Planeten – wurde von der Zeitschrift „Science“ als eine der wichtigsten Entdeckungen des Jahres 1995 bezeichnet. Seither wurden mehr als hundert weitere Kandidaten ausserhalb unseres Sonnensystems ausgemacht, die allerdings im Gegensatz zu unseren Riesenplaneten viel enger gezogene Umlaufbahnen aufweisen. Dass man in den letzten Jahren so viele extrasolare Planeten gefunden hat, scheint darauf hinzuweisen, dass die Bildung von Planeten im Universum kein ausserordentliches Ereignis ist.
Die von Professor Mayor gemachte Entdeckung ist nicht nur für die Astronomie von ausserordentlicher Bedeutung. Sie stellt auch die Frage nach möglichem Vorhandensein von Leben ausserhalb unseres Sonnensystems neu zur Diskussion. Der naturwissenschaftliche Nachweis eines Planeten, der nicht um unsere Sonne, sondern um einen anderen Stern kreist, ist ein revolutionärer Schritt für das Verständnis des Universums. Trotzdem: bis es möglich wird, erdähnliche Planeten (zum Beispiel durch spektroskopische Untersuchungen des Lichts der Planetenatmosphäre) nachzuweisen, dürfte es noch einige Jahre dauern.
Michel Mayor arbeitet gegenwärtig an dem neuen Spektrografen HARPS, der am 3.6m-Teleskop der ESO installiert wird. Die Genauigkeit erlaubt den Nachweis von extrasolaren Planeten, die bloss einige Erdmassen schwer sind.

Verleihung der Albert Einstein Medaille 2004
Am 10. Juni 2004 erhielt der Genfer Astrophysiker Michel Mayor die Einsteinmedaille. Michel Mayor ist Mitentdecker von Pegasus 51b, dem ersten ausserhalb unseres Sonnensystems gefundenen Planeten. Seine Rede mit dem Titel „The Quest for other Earths“ handelte denn auch vom prinzipiellen Vorgehen beim Suchen nach Exoplaneten, was man bis heute gefunden hat und von zukünftigen Experimenten. Der Anlass fand in der Aula der Universität Bern statt.

Wird ein Stern von einem zweiten umkreist, was für etwa 70% aller Sterne in unserer Milchstrasse zutrifft, kann man aus der Beobachtung der Bewegung des einen, helleren Sterns bezüglich des Hintergrunds mechanische Grössen wie Umlaufsdauer oder Massen dieses hantelförmigen Systems ableiten. Die Sterne drehen sich um ihren gemeinsamen Schwerpunkt und verraten sich durch ein regelmässiges Hin- und Herschwanken.
Da aber ein Planet eine sehr viel geringere Masse als der Stern aufweist, wird dieser nur eine geringe Bewegung zeigen. Liegen die beiden Objekte günstig bezogen auf die Sichtlinie Erde-Stern (siehe Figur 1), dann ist es auch möglich, den Dopplereffekt auszunützen und ein solches Sonne-Planet-System durch das Detektieren der Geschwindigkeitsänderung des Sterns aufzuspüren. Pegasus 51 hat beispielsweise eine um 60m/s grössere Geschwindigkeit, wenn er auf uns zukommt und 2.1 Tage später eine 60m/s kleinere, mit der er von uns zurückweicht. Mit den Gleichungen der Himmelsmechanik kann man aus diesen Daten auf die Masse des Exoplaneten und seinen Abstand vom Stern, das heisst auf seine grosse Bahnhalbachse, schliessen. Dabei zeigen sich beim Planeten Pegasus 51b deutliche Unterschiede zu allen unseren neun Planeten: Seine Umlaufszeit von 4.2 Tagen ist zwanzig mal kleiner als die des Merkurs und seine Bahnhalbachse beträgt nur 4% der Bahnhalbachse der Erde. So nahe bei der Sonne findet sich bei uns kein Planet! Einzig die Masse hat einen vertrauten Wert; Pegasus 51b ist etwa halb so schwer wie Jupiter.
Von den knapp 2000 bis ins Jahr 2004 untersuchten Systeme kann man 120 ausscheiden, die im oben beschriebenen Sinn jupiterähnliche Planeten enthalten (mit Umlaufszeiten zwischen 2.5 Tagen und mehreren Jahren und Massen zwischen 10% bis 2000% der Jupitermasse). Erdähnliche Planeten lassen sich via Geschwindigkeitsmessung nicht mehr detektieren; eine Exoerde würde den betreffenden Stern bloss zu einer Geschwindigkeitsänderung von etwa 8cm/s veranlassen, ein Wert, der ein bis zwei Grössenordnungen kleiner ist als die durch magnetische Störungen verursachten Fluktuationen in der Atmosphäre.

Ein anderes Verfahren, das ebenfalls voraussetzt, dass die Sichtlinie Erde-Stern in etwa parallel zur Ebene von Exoplanet und Stern liegen muss, beruht auf dem sogenannten Transit des Planeten, wie Figur 1 zeigt:


Figur 1: Schiebt sich der Planet vor den Stern, führt das zu einer leichten Verdunkelung

Dabei wird ausgenützt, dass sich der Planet bei jeder Umdrehung eine gewisse Zeit vor den leuchtenden Stern stellt und - bei jupiterähnlichem Radius - etwa 1% des bei uns ankommenden Lichts abschirmt. Diese sogennante Signaltiefe von 0.01 ist gut nachweisbar und entspricht dem Verhältnis von Planeten- zu Stern-Querschnittsfläche.



Figur 2: Lichtkurve von HD209458 (Umlaufszeit = 3.5 Tage, Radius = 1.4Rjup, Masse = 0.69Mjup )

Einen typischen Transit eines jupiterähnlichen Exoplaneten zeigt Figur 2. Man sieht deutlich, dass, kaum tritt der Planet vor den Stern, die Intensität um bis knapp 2% zurückgeht. Die Verdeckung dauert bloss einige Stunden. Aus den in der Figur angegebenen Daten errechnet sich eine Planetendichte von 310kg/m3 (vgl. Wasser: 1000kg/m3 ), woraus man schliessen kann, dass HD209458b ein Gasplanet wie der Jupiter sein muss. Mittlerweile hat man den Nachweis derart gut im Griff, dass man aus Intensitätseinbrüchen in verschiedenen Wellenlängenbereichen auf die Planetenatmosphäre schliessen kann! So liess sich in der ausgedehnten Atmosphäre von HD209458b Wasserstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff nachweisen.
Die Experimente und Beobachtungen auf diesem Gebiet fördern wohl noch viele Ueberraschungen zutage. So gibt es Hinweise auf Exoplaneten, die selber einen Mond besitzen, weil sie durch ihr eigenes Wiggeln bald zu früh, bals zu spät ihren Transit beginnen oder beenden. Sogar ein Micro-Lensing-Effekt soll schon festgestellt worden sein: Ein Stern und der von ihm umkreiste Planet biegen nach Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie das Licht eines dahinterliegenden Sterns leicht um, und wirken je wie eine Sammellinse. Die Helligkeitsänderung des abgebildeten Sterns sollte den Nachweis von Planeten mit Erdmasse erlauben.

In Zukunft werden die Spektrographen noch besser werden, und man wird noch viele Exoplanetensysteme kennenlernen. Erdähnliche Planeten erzeugen allerdings nur eine Signaltiefe von einem zehntausendstel und werden erst mit den geplanten Experimenten COROT (2006) und Kepler(2007) sicher nachweisbar. Beide Geräte werden zusammen weit über hunderttausend Sterne untersuchen. Man darf gespannt sein!

Hansjörg Friedli

Nachtrag: Einen Vorgeschmack auf die zukünftige Exoplanetensuche war der sensationelle Fund der Genfer Gruppe um Michel Mayor: Sie publizierten im August 2004 in der Zeitschrift „Astronomy and Astrophysics“ die Entdeckung eines erdähnlichen Planeten im Sternbild Altar. Der Planet, der den von Auge sichtbaren Stern µ Arae umkreist, ist „nur“ 14 mal schwerer als die Erde, besteht vermutlich aus Stein und gilt als der bisher leichteste bekannte Exoplanet! (N. Santos. et. al., 2004, A&A, 417, L19)


Michel Mayor und Peter Fricker bei der Preisübergabe

 
 
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