Tau Ceti gehört zu den Sternen, bei denen die Fantasie fast zwangsläufig bei einer zweiten Erde landet. Er befindet sich nur knapp zwölf Lichtjahre von uns entfernt, ähnelt in mehreren wichtigen Eigenschaften unserer Sonne und besitzt nach heutigem Stand mindestens vier bestätigte Planeten. Zwei davon bewegen sich ausgerechnet in Bereichen, die bei der Suche nach potenziell lebensfreundlichen Welten besonders interessant sind. Der hochgeladene Arbeitsauftrag stellt deshalb die Frage, ob um Tau Ceti bewohnbare Planeten existieren könnten.

Eine zweite Erde wurde dort allerdings nicht entdeckt. Dass ein Planet ungefähr die richtige Entfernung zu seinem Stern besitzt, sagt noch wenig über seine Oberfläche, seine Atmosphäre oder gar über mögliches Leben aus. Bei Tau Ceti kommt hinzu, dass wir die bekannten Planeten bisher nicht direkt sehen. Ihre Existenz wurde aus winzigen Bewegungen ihres Sterns abgeleitet. Trotzdem ist das System eines der interessantesten in unserer stellaren Nachbarschaft.

Was ist Tau Ceti?

Tau Ceti ist ein Hauptreihenstern im Sternbild Walfisch und befindet sich rund 11,9 Lichtjahre von der Erde entfernt. Damit gehört er zu den nächsten sonnenähnlichen Einzelsternen überhaupt. Die Europäische Weltraumorganisation führt ihn unter den 20 unserem Sonnensystem nächsten Sternen.

Astronomen ordnen Tau Ceti dem Spektraltyp G8 V zu. Unsere Sonne ist ein G2-V-Stern. Tau Ceti ist also etwas kleiner, kühler und lichtschwächer als die Sonne, gehört aber zur gleichen grundlegenden Sternklasse. Genau diese Ähnlichkeit hat ihn schon lange vor der Entdeckung seiner Planeten zu einem interessanten Ziel für die Suche nach fremden Planetensystemen gemacht.

Seine Oberflächentemperatur liegt bei ungefähr 5.300 Kelvin. Der Stern besitzt etwa 80 Prozent der Sonnenmasse und ungefähr 80 Prozent ihres Radius. Gleichzeitig scheint Tau Ceti älter als die Sonne zu sein. Verschiedene Untersuchungen liefern abhängig von der verwendeten Methode unterschiedliche Alterswerte, doch der Stern gilt als mehrere Milliarden Jahre alt und damit keineswegs als junges System.

Für mögliches Leben wäre das grundsätzlich interessant. Auf der Erde benötigte komplexes Leben Milliarden Jahre für seine Entwicklung. Ein lange stabiler Stern könnte einem Planeten entsprechend viel Zeit für biologische Evolution bieten. Allerdings reicht das Alter eines Systems allein natürlich nicht aus.

Wie viele Planeten hat Tau Ceti?

Im NASA Exoplanet Archive werden gegenwärtig vier Planeten des Systems als bestätigt geführt: Tau Ceti g, Tau Ceti h, Tau Ceti e und Tau Ceti f. Sie wurden durch Messungen der Radialgeschwindigkeit des Sterns nachgewiesen.

Die Methode nutzt einen einfachen physikalischen Effekt. Ein Planet umkreist streng genommen nicht allein seinen Stern. Beide Körper bewegen sich um ihren gemeinsamen Schwerpunkt. Selbst ein kleiner Planet versetzt seinen Stern deshalb in eine winzige regelmäßige Bewegung. Diese Bewegung lässt sich durch Verschiebungen im Spektrum des Sternlichts messen.

Bei Tau Ceti ist das ausgesprochen schwierig. Die Signale seiner Planeten liegen zum Teil bei nur wenigen Zehntelmetern pro Sekunde. Damit nähert sich die Messung Bereichen, in denen auch Aktivität des Sterns und instrumentelle Effekte eine Rolle spielen können. Eine umfangreiche Auswertung von Radialgeschwindigkeitsdaten identifizierte 2017 vier robuste periodische Signale mit Umlaufzeiten von ungefähr 20, 49, 163 und 636 Tagen. Diese werden heute Tau Ceti g, h, e und f zugeordnet.

Frühere Untersuchungen hatten weitere mögliche Planeten vorgeschlagen. Nicht alle dieser Signale konnten sich jedoch als belastbar erweisen. Gerade deshalb ist bei Tau Ceti eine klare Trennung zwischen bestätigten Planeten, älteren Kandidaten und theoretisch vorhergesagten Welten wichtig.

Welche Planeten kreisen um Tau Ceti?

Tau Ceti g ist der innerste der vier bestätigten Planeten. Er benötigt nur rund 20 Tage für eine Umrundung seines Sterns und besitzt eine Mindestmasse von ungefähr 1,75 Erdmassen. Tau Ceti h folgt mit einer Umlaufzeit von knapp 49,4 Tagen und mindestens rund 1,8 Erdmassen. Beide kreisen deutlich näher an ihrem Stern als die Erde um die Sonne.

Weiter außen befindet sich Tau Ceti e. Er umrundet seinen Stern ungefähr alle 163 Tage und besitzt eine gemessene Mindestmasse von etwa 3,9 Erdmassen. Tau Ceti f benötigt rund 636 Tage für einen Umlauf und besitzt ebenfalls eine Mindestmasse von ungefähr 3,9 Erdmassen. Sein mittlerer Abstand zu Tau Ceti beträgt etwa 1,33 Astronomische Einheiten – er zieht also etwas weiter von seinem Stern entfernt seine Bahn als die Erde von der Sonne.

Diese Massenangaben sind allerdings mit einer wichtigen Einschränkung verbunden. Die Radialgeschwindigkeitsmethode liefert zunächst nur eine Mindestmasse. Wie schwer die Planeten tatsächlich sind, hängt davon ab, unter welchem Winkel wir ihre Umlaufbahnen beobachten. Deshalb kann momentan auch nicht sicher gesagt werden, ob Tau Ceti e und f große Gesteinsplaneten, sogenannte Supererden, oder Welten mit erheblichen Gashüllen sind.

Liegt ein Planet von Tau Ceti in der habitablen Zone?

Hier wird Tau Ceti besonders interessant. Tau Ceti e und Tau Ceti f bewegen sich ungefähr im Bereich der inneren beziehungsweise äußeren Regionen, die in verschiedenen Modellen für mögliche lebensfreundliche Bedingungen betrachtet werden. Bereits die Untersuchung, mit der die vier heute bestätigten Planeten identifiziert wurden, beschrieb die beiden längerperiodischen Welten als Planeten nahe den Rändern der habitablen Zone.

Eine habitable Zone ist der Entfernungsbereich um einen Stern, in dem auf einem geeigneten Planeten flüssiges Wasser an der Oberfläche möglich sein könnte. Weil Tau Ceti weniger Energie abstrahlt als die Sonne, liegt seine habitable Zone näher am Stern als die unseres Sonnensystems.

Der entscheidende Punkt lautet jedoch: Ein Planet in der habitablen Zone ist nicht automatisch bewohnbar.

Die Venus und der Mars zeigen schon innerhalb unseres eigenen Sonnensystems, wie unterschiedlich Planeten trotz zunächst interessant erscheinender Entfernungen von einem Stern werden können. Atmosphäre, Treibhauseffekt, Masse, geologische Aktivität, Wasserhaushalt und langfristige Klimaentwicklung entscheiden letztlich darüber, ob an einer Oberfläche lebensfreundliche Bedingungen herrschen.

Könnte Tau Ceti e bewohnbar sein?

Tau Ceti e zieht die Aufmerksamkeit auf sich, weil seine Umlaufbahn vergleichsweise nahe am inneren Bereich der habitablen Zone liegt. Seine Mindestmasse beträgt fast vier Erdmassen. Falls es sich um einen überwiegend felsigen Planeten handelt, wäre er deutlich massereicher als die Erde.

Doch seine Nähe zum Stern könnte ein Problem darstellen. Tau Ceti e erhält erheblich mehr Strahlungsenergie als die Erde von der Sonne. Abhängig von seiner Atmosphäre könnte dies einen starken Treibhauseffekt hervorrufen. Im ungünstigen Fall könnte Tau Ceti e eher einer großen, heißen Venus ähneln als einer zweiten Erde.

Hinzu kommt, dass seine tatsächliche Größe bislang nicht direkt bestimmt wurde. Da der Planet nicht nachweislich vor seinem Stern vorbeizieht, besitzen Astronomen keine präzise Messung seines Radius. Ohne Radius lassen sich Dichte und innere Zusammensetzung nur eingeschränkt bestimmen.

Tau Ceti e bleibt deshalb interessant, aber von einem nachgewiesenen bewohnbaren Planeten ist er weit entfernt.

Ist Tau Ceti f eine zweite Erde?

Tau Ceti f erscheint auf den ersten Blick möglicherweise sogar verlockender. Er befindet sich weiter außen und umrundet seinen Stern etwa alle 1,7 Jahre. NASA führt ihn als Supererde mit einer Mindestmasse von ungefähr 3,93 Erdmassen.

Seine Position liegt jedoch weit außen im potenziell lebensfreundlichen Bereich. Ein Planet dort könnte ohne ausreichenden Treibhauseffekt ausgesprochen kalt sein. Eine dichte Atmosphäre mit genügend Kohlendioxid oder anderen Treibhausgasen könnte theoretisch höhere Temperaturen ermöglichen. Ob Tau Ceti f überhaupt eine Atmosphäre besitzt, ist bislang unbekannt.

Auch hier gilt das grundlegende Problem: Wir kennen seine Umlaufbahn und eine Mindestmasse, aber wir wissen nicht, wie seine Oberfläche aussieht. Es gibt keinen Nachweis für Ozeane, Kontinente, Wolken, Sauerstoff oder irgendeine andere Eigenschaft, die Tau Ceti f zu einer zweiten Erde machen würde.

Der Begriff „Supererde“ darf dabei nicht missverstanden werden. Er bedeutet nicht, dass ein Planet eine größere Ausgabe der Erde mit besseren Lebensbedingungen darstellt. Die Bezeichnung beschreibt vor allem seine Größen- beziehungsweise Massenklasse. Eine Supererde kann ein felsiger Planet sein, sie kann aber auch eine massive Atmosphäre besitzen und vollkommen lebensfeindlich sein.

Gibt es bei Tau Ceti möglicherweise noch unentdeckte Planeten?

Das ist durchaus möglich.

Eine 2020 veröffentlichte Untersuchung analysierte die bekannte Architektur des Systems und fragte, welche weiteren Planeten aufgrund statistischer Verteilungen und der dynamischen Stabilität der Umlaufbahnen dort existieren könnten. Das Modell sagte zusätzliche Welten voraus, darunter einen möglichen Planeten mit einer Umlaufzeit von ungefähr 270 bis 470 Tagen innerhalb der habitablen Zone. Dabei handelt es sich ausdrücklich um eine theoretische Vorhersage und nicht um eine Entdeckung.

Gerade ein solcher Planet wäre außerordentlich interessant. Er könnte zwischen Tau Ceti e und f liegen und eine gemäßigtere Energiemenge von seinem Stern erhalten. Doch solange kein entsprechendes Signal zuverlässig gemessen wird, bleibt diese Welt hypothetisch.

Das Beispiel zeigt, wie viel Raum für Entdeckungen selbst bei einem nur zwölf Lichtjahre entfernten Stern noch besteht. Kleine Planeten erzeugen extrem schwache Signale. Eine Welt von ungefähr einer Erdmasse auf einer weiten Umlaufbahn kann selbst mit modernsten Instrumenten schwer aufzuspüren sein.

Ist Tau Ceti der Sonne wirklich ähnlich?

Tau Ceti wird häufig als Sonnenanalog bezeichnet, doch eine Kopie der Sonne ist er nicht.

Er ist etwas kleiner und lichtschwächer und besitzt zudem eine andere chemische Zusammensetzung. Untersuchungen seiner Elementhäufigkeiten zeigen beispielsweise Unterschiede beim Verhältnis von Magnesium zu Silizium. Falls die Planeten aus Material mit ähnlicher Zusammensetzung entstanden sind, könnte dies auch den Aufbau ihrer Gesteinsmäntel beeinflusst haben. Forscher haben deshalb darauf hingewiesen, dass felsige Welten bei Tau Ceti mineralogisch deutlich von der Erde abweichen könnten.

Das wäre für ihre Bewohnbarkeit nicht automatisch gut oder schlecht. Es macht aber deutlich, warum selbst ein Planet bei einem sonnenähnlichen Stern keineswegs zwangsläufig erdähnlich sein muss.

Positiv ist, dass Tau Ceti als vergleichsweise ruhiger Stern gilt. Für die langfristige Stabilität möglicher Atmosphären ist das günstiger als die Situation bei vielen Roten Zwergen, deren Planeten häufig extremen Flares und energiereicher Strahlung ausgesetzt sind.

Besitzt Tau Ceti einen Asteroidengürtel oder Kometengürtel?

Tau Ceti besitzt eine ausgedehnte Scheibe aus Staub und Trümmermaterial. Beobachtungen unter anderem mit dem Herschel-Weltraumteleskop und ALMA zeigen einen großen sogenannten Trümmerring um den Stern. Dabei handelt es sich nicht um die ursprüngliche Gas- und Staubscheibe, aus der die Planeten entstanden sind, sondern um Material, das unter anderem durch Zusammenstöße kleiner Körper immer wieder neu erzeugt wird.

Der Aufbau erinnert in gewisser Weise an den Kuipergürtel unseres Sonnensystems, allerdings scheint das Tau-Ceti-System erheblich mehr Trümmermaterial zu besitzen. Frühere Untersuchungen kamen zu dem Ergebnis, dass sein Gürtel deutlich massereicher beziehungsweise staubreicher sein könnte als der heutige Kuipergürtel.

Für mögliche bewohnbare Planeten wurde deshalb gelegentlich über eine höhere Einschlagsrate durch Kometen oder Asteroiden spekuliert. Einen direkten Nachweis dafür, dass Tau Ceti e oder f tatsächlich besonders häufig getroffen werden, gibt es jedoch nicht. Die genaue Architektur des Systems und die Bahnen möglicher weiterer Planeten würden entscheidend beeinflussen, wie viel Material aus den äußeren Regionen nach innen gelangt.

Könnten wir Leben auf einem Planeten von Tau Ceti entdecken?

Noch fehlen dafür entscheidende Informationen.

Bei vielen Exoplaneten können Astronomen die Atmosphäre untersuchen, wenn der Planet aus unserer Perspektive regelmäßig vor seinem Stern vorbeizieht. Während eines solchen Transits durchquert ein kleiner Teil des Sternlichts die Atmosphäre. Moleküle hinterlassen dabei charakteristische Spuren im Spektrum.

Für die bekannten Tau-Ceti-Planeten steht dieser günstige Beobachtungsweg bislang nicht zur Verfügung. Ihre Entdeckung beruht auf Radialgeschwindigkeitsmessungen.

Langfristig könnte Tau Ceti jedoch für neue Generationen von Teleskopen außerordentlich interessant werden. Die geringe Entfernung von nur rund zwölf Lichtjahren macht das System zu einem naheliegenden Ziel für Instrumente, die kleine Planeten direkt vom Licht ihres Sterns trennen und möglicherweise sogar ihre Atmosphären analysieren sollen. NASA führt Tau Ceti deshalb auch in einem aktuellen Katalog naher Zielsterne für die zukünftige Untersuchung erdähnlicher Welten.

Erst wenn eines Tages atmosphärische Gase gemessen werden können, beginnt die eigentlich spannende Suche. Sauerstoff allein wäre beispielsweise kein sicherer Lebensbeweis. Interessanter wären Kombinationen verschiedener Stoffe, die sich über lange Zeit nur schwer ohne biologische Prozesse aufrechterhalten ließen. Selbst dann wären alternative chemische und geologische Erklärungen sorgfältig auszuschließen.

Gibt es also bewohnbare Planeten um Tau Ceti?

Nach dem heutigen Kenntnisstand lautet die Antwort: möglicherweise – aber wir wissen es nicht.

Gesichert ist, dass Tau Ceti ein naher, sonnenähnlicher Stern ist und mindestens vier bestätigte Planeten besitzt. Tau Ceti e und Tau Ceti f bewegen sich in Bereichen, die für die Frage nach lebensfreundlichen Bedingungen besonders interessant sind. Gesichert ist ebenfalls, dass wir über die tatsächlichen Oberflächen und Atmosphären dieser Welten bisher fast nichts wissen.

Nicht nachgewiesen sind flüssiges Wasser, Ozeane, erdähnliche Atmosphären oder Leben.

Gerade deshalb bleibt Tau Ceti so faszinierend. Anders als bei einem exotischen Planetensystem in Hunderten oder Tausenden Lichtjahren Entfernung steht hier ein vergleichsweise vertraut wirkender Stern beinahe in unserer kosmischen Nachbarschaft. Um ihn kreisen mehrere kleine Planeten, und vielleicht kennen wir noch nicht einmal alle.

Ob sich dort tatsächlich eine bewohnbare Welt befindet, können heutige Teleskope noch nicht beantworten. Doch falls kommende Observatorien eines Tages in den Atmosphären naher erdgroßer Planeten direkt nach möglichen Lebenszeichen suchen können, dürfte Tau Ceti zu den Sternen gehören, bei denen Astronomen besonders genau hinsehen werden.

Zwölf Lichtjahre sind für eine Raumreise eine gewaltige Distanz. Für Astronomen aber liegt Tau Ceti praktisch vor der Haustür – und vielleicht wissen wir erst einen kleinen Teil dessen, was sich dort befindet.

Quellen
▪︎ NASA Exoplanet Archive – Planetensystem Tau Ceti
▪︎ NASA Science – Tau Ceti f sowie Katalog naher Zielsterne
▪︎ European Space Agency – Hipparcos-Katalog der sonnennächsten Sterne
▪︎ Feng et al., Astronomical Journal – Radialgeschwindigkeitsanalyse und vier Planetensignale um Tau Ceti
▪︎ Dietrich und Apai, Astronomical Journal – Analyse und Vorhersage der möglichen Architektur des Tau-Ceti-Planetensystems
▪︎ Lawler et al., Monthly Notices of the Royal Astronomical Society – Herschel-Beobachtungen der Trümmerscheibe von Tau Ceti
▪︎ Greaves et al., Monthly Notices of the Royal Astronomical Society – Trümmerscheibe und Vergleich mit dem Kuipergürtel
▪︎ Pagano et al., Astrophysical Journal – Chemische Zusammensetzung von Tau Ceti und mögliche Auswirkungen auf terrestrische Planeten