Das Sonnensystem sei essentiell, um Exoplaneten zu begreifen, sagte Didier Queloz zu Beginn seines Auftaktvortrags der diesjährigen Einstein Lectures. Erst als dieses weitgehend verstanden war, schien die Welt bereit für die Entdeckung des ersten Planeten, der um einen anderen Stern kreist.

So sei mit dem Kuiper-Gürtel im Jahr 1992 der letzte wichtige Bestandteil des Sonnensystems entdeckt worden, führte Queloz aus. Dabei handelt es sich um eine ringförmige Scheibe aus Schutt und Eis, die jenseits des Planeten Neptun unsere Sonne umkreist. Vor dieser Entdeckung lagen Jahrtausende mit weiteren Entdeckungen und Entwicklungen: Von einer weitgehend mythischen und ideologischen Sicht auf unsere kosmische Nachbarschaft in der frühen Antike über die revolutionären Erkenntnisse von Kepler, Galileo und Newton bis hin zur Entwicklung von leistungsstarken Teleskopen und Raumsonden. Diese enthüllten nun immer komplexere Details des Weltraums, so Queloz, und erlaubten es, diesen nicht nur zu betrachten, sondern mit Weltraummissionen auch zu begehen.

Kollaps und Wachstum

Begonnen hatte das Sonnensystem vor über viereinhalb Milliarden Jahren als gigantische molekulare Staub- und Gaswolke. Diese, so Queloz, kollabierte zu diesem gewissen Zeitpunkt unter ihrer eigenen Schwerkraft in sich zusammen und formte zunächst die Sonne. Das übrige Material – lediglich rund ein Prozent der Ursprungsmasse – formte aufgrund der Drehimpulserhaltung eine rotierende Scheibe aus Gas und Staub um den jungen Stern. Diese kollabierte nicht mehr weiter in sich zusammen, sondern bildete den Nährboden für erneutes Wachstum: jenes der Planeten.

Über die Jahrtausende klumpten immer grössere Bausteine zusammen und bildeten so die Planetenkerne – Queloz spricht von der Kernakkretierung. Doch diese fand nicht überall gleich statt. Muster im heutigen Sonnensystem, so Queloz, liessen Rückschlüsse auf diesen Prozess zu. Etwa in den Planetenmassen: relativ nahe an der Sonne befinden sich die kleineren Gesteinsplaneten Merkur, Venus, Erde und Mars. Weiter draussen sind die Planeten mit Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun weit grösser.

Dies hänge nicht zuletzt mit der sogenannten Eislinie zusammen, erklärte Queloz. Jener Grenze also, bei der die Distanz zur Sonne so gross ist, dass Wasser und andere Substanzen gefroren vorliegen. Weiter draussen war dadurch für die Kernbildung deutlich mehr festes Material verfügbar. Die Kerne wuchsen dort deshalb schneller heran und wurden grösser, was sich in den heutigen Planetengrössen zeige.

Überhaupt sei das Sonnensystem gespickt mit Eigenschaften, die von seiner Entstehungsgeschichte erzählen, sagt Queloz. Man müsse nur fragen: Warum ist das so? Wie sind wir an diesen Punkt gelangt? 

Planeten erzählen Geschichten

Beispiele dafür seien etwa die Unterschiede der Gasriesen Jupiter und Saturn zu den Eisplaneten Uranus und Neptun. Letztere wuchsen nie auf die Grösse der Gasriesen heran, da, bedingt durch die Drehimpulserhaltung, die Gas- und Staubscheibe weiter draussen langsamer rotiert. Material klumpte dort deshalb weniger rasch zusammen, und die Planetenkerne wuchsen entsprechend langsamer. Als dann die immer intensiver strahlende junge Sonne das übriggebliebene Material der Scheibe allmählich «davonblies», hatten die Gasriesen ihre weiter entfernten Nachbarn in Masse hinter sich gelassen.

Auch die unterschiedlichen Erscheinungsbilder von Erde, Mars und Venus erzählen spannende Geschichten, sagte Queloz. Obwohl sie alle einigermassen ähnliche Ausgangslagen hatten, was Grösse, Masse, Materialzusammensetzung und Distanz zur Sonne betrifft, weisen sie heute riesige Kontraste auf. Die Venus, die nicht zuletzt aufgrund ihrer mangelnden tektonischen Aktivität zum höllischen «Dampfkochtopf» wurde, und der Mars, der wegen seiner geringeren Masse im Verlauf der Zeit seine Atmosphäre verlor und zur kargen Wüste mutierte: sie beide zeigten, dass der Unterschied zwischen Paradies und Hölle kleiner ist, als uns lieb sein kann.

Der Fund, der alles auf den Kopf stellte

Anfang der Neunzigerjahre hatte die Astronomie ein ziemlich komplettes Bild des vielfältigen Sonnensystems und dessen Entstehung. Doch dieses Verständnis sollte mit der Entdeckung des ersten Exoplaneten – einem jupiterähnlichen Gasriesen, der seinen Stern in nächster Nähe umkreist – auf den Kopf gestellt werden.

In zwei weiteren Vorträgen wird Didier Queloz über diese Exoplanetenrevolution sprechen und auch die Frage thematisieren, ob denn Leben anderswo möglich ist. Man darf gespannt sein auf seine Ausführungen.