"Münchner Lichtzauber" – so nannte die Frankfurter Allgemeine Sonntagszeitung vom 30. Juni 2002 eine Erfindung, die auf dem besten Wege ist, die optische Spektroskopie zu revolutionieren. [1] Dies beschreibt Prof. Dr. Theodor Hänsch in seinem Tätigkeitsbericht 2003. Zwei Jahre danach erhielt er dafür in Stockholm den Nobelpreis für Physik. Hänsch gilt als ein Pionier auf dem Gebiet der Laserspektroskopie. Seine am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching bei München entwickelte Erfindung liegt mittlerweile 10 Jahre zurück. Was damals mit "Münchner Lichtzauber" bildhaft umschrieben wurde, wird in der Fachsprache Frequenzkamm (oder Laserkamm) bezeichnet. Mit diesem komplizierten und technisch aufwändigen Verfahren lassen sich ultrakurze Laserimpulse erzeugen, mit denen sich etwa Voraussagen der Quantenmechanik überprüfen lassen; auch die Frage nach der Konstanz der Naturkonstanten soll damit untersucht werden.
Aber mit der Präzisionsspektroskopie, wie die hochpräzise Untersuchung von Spektren genannt wird, kann man auch das Licht der Sterne mit der Frequenzkamm-Technik sehr genau analysieren. Die erfolgreichste Suchmethode nach extrasolaren Planeten ist die Beobachtung der Radialgeschwindigkeit von Sternen. Diese verändert sich periodisch, wenn der Stern von einem unsichtbaren Begleiter umkreist wird. Mit seiner Anziehungskraft zieht der Begleiter - ob Stern, Brauner Zwerg oder Planet - gewissermaßen an der beobachtbaren Komponente des Sternsystems. Diese veränderliche Radialgeschwindigkeit (Radialgeschwindigkeit = Bewegung zum Beobachter auf der Erde hin oder davon weg) lässt sich im Spektrum des Sterns bestimmen, anhand der so genannten Dopplerverschiebung (siehe Bild). Anhand der Linienverschiebung können Astronomen Rückschlüsse auf die Natur des unsichtbaren Begleiters ziehen. Auf diese Weise haben Astronomen seit 1995 rund 240 Exoplaneten entdeckt. Doch bis jetzt wurden mit der Radialgeschwindigkeits-Planetensuche vorwiegend massereiche Gasriesen vom Format des Jupiter, Saturn und Neptun gefunden, die ihre Heimatsterne auf sehr engen Bahnen umkreisen, dementsprechend erreichen ihre Atmosphären u.a. auch hohe Temperaturen von mehr als 1.000 Kelvin: Deshalb werden diese Planeten allgemein als Hot Jupiter (Heiße Jupiter) bezeichnet.
Doch seit 1995 hat sich auch die Detektortechnik beständig weiterentwickelt. So können wir heute bereits Radialgeschwindigkeiten von 60 cm/s bestimmen. Das reicht aus, um einen Planeten mit fünf Erdmassen (eine so genannte Supererde) in einer Merkur-Umlaufbahn um einen sonnenähnlichen Stern nachzuweisen. Für die Entdeckung einer zweiten Erde, mit gleicher Masse und identischer Umlaufbahn wie unser Blauer Planet, ist allerdings eine Genauigkeit von weniger als 5 cm/s nötig. Mit einer aktuell im Fachjournal Nature vorgestellten Entwicklung, dem so genannten "Astro-Comb", soll dies verwirklicht werden. Ein Forscherteam um Chih-Hao Li greift dabei auf die nobelpreisgekrönte Technologie des Frequenzkamms von Theodor Hänsch zurück. Nach Untersuchungen im Bereich der Quantenmechanik, wäre dies ein neues Anwendungsgebiet, mit dem noch die kleinsten Schwankungen (eines Sterns) sehr genau vermessen werden können. So soll mit einem neuen Instrument die Empfindlichkeit um rund das Hundertfache gesteigert werden, so dass mit der Radialgeschwindigkeitsbestimmung in Zukunft auch kleinere, erdähnliche Gesteinsplaneten von der Größe der Erde entdeckt werden können. Das neue Lasermessverfahren soll sogar die Spektroskopie insgesamt revolutionieren.
1 cm/s ist die von den Forschern angenommene erreichbare Präzision der neuen Technik der Laserspektroskopie. Bereits in zwei Monaten (Juni 2008) soll Lis Entwicklung den Messbetrieb aufnehmen. Dabei soll zuerst ein Prototyp des Instruments am 6,5 Meter MMT (Multiple Mirror Telescope) eingesetzt werden. Danach wird es offiziell am 4,2 Meter William Herschel Telescope auf den Kanaren in Betrieb gehen, mit dem dann 2009 oder 2010 die Planetensuche beginnen soll.
Universe Today-Artikel:
Using Laser Combs to Find Exoplanets
Tätigkeitsbericht 2003:
Münchner Lichtzauber [1]
Nico Schmidt
