Bisher ist es nicht möglich, extrasolare Planeten zu fotografieren. Die zurzeit angewendeten Methoden, mit denen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems gefunden werden, weisen die Beeinflussung eines Sterns durch seine Planeten nach. Extrasolare Planeten nachzuweisen ist so schwierig, weil sie von ihrem hellen Stern überstrahlt werden und ihr Winkelabstand zum Stern winzig ist.

Astrometrie

Die Position des Sterns am Himmel wird bei dieser Methode über einen längeren Zeitraum immer wieder genau gemessen (Astrometrie). Wenn der Stern von einem Planeten umkreist wird, bedeutet dies genauer betrachtet, dass beide um ihren gemeinsamen Schwerpunkt kreisen, der allerdings nahe am Sternmittelpunkt liegt. Der Stern eiert demnach kaum merklich herum. Wenn der Planet ausreichend Masse hat, wird die Position des Sterns stark genug beeinflusst, und man kann die Verschiebung mit hochgenauen Messungen feststellen.

Positionsschwankung der Sonne. So beeinflusst die Schwerkraft Jupiters die Position unserer Sonne zwischen 1990 und 2020, wenn sie aus 33 Lichtjahren (10 Parsec) Entfernung betrachtet wird. Die Verschiebung ist in Bogensekunden angegeben (1 Bogensek. = 1/3600 Grad). Ein Teilstrich entspricht 0,0002 Bogensekunden. Der Einfluss der Erde auf die Sonne ist dagegen tausendfach kleiner. Grafik: Nasa/Jpl

Wesentlich genauer als vom Boden aus sind solche Messungen im Weltraum möglich. Mit der Gaia-Mission der Esa soll voraussichtlich ab 2011 eine hochpräzise 3D-Sternkarte unserer Galaxie angefertigt werden. Der Astrometrie-Satellit wird im All vom Lagrangepunkt L2 aus die Sternpositionen vermessen und massereiche Planeten wie Jupiter jenseits unseres Sonnensystems aufspüren.

Doppler-Effekt (Radialgeschwindigkeit)

Mithilfe des Doppler-Effekts wird die Geschwindigkeit des Sterns in Richtung zum Beobachter und von ihm weg gemessen (Radialgeschwindigkeit), während der Stern mit seinem Planeten um den gemeinsamen Schwerpunkt kreist (vgl. Astrometrie). Die Radialgeschwindigkeit ändert sich also periodisch in Betrag und Richtung. Aus diesen Informationen lassen sich die Umlaufzeit und die minimale Planetenmasse ermitteln.

Durch den Doppler-Effekt werden Lichtwellen ins Bläuliche verschoben, wenn sich der Stern auf uns zu bewegt, und ins Rötliche, wenn er sich von uns fort bewegt. Im ersten Fall werden die Wellen "zusammengedrückt" und im zweiten Fall "auseinandergezogen". Der Doppler-Effekt fällt umso stärker aus, je höher die Geschwindigkeit ist. Dieser optische Doppler-Effekt ähnelt dem akustischen Doppler-Effekt, der die Tonlage der Polizeisirene ändert, wenn sie sich zuerst nähert und dann entfernt.

Planetentransit

Ein Planet, der in der Sichtlinie des Beobachters vor seinem Stern herzieht (Transit), dämpft das Sternenlicht um einen kleinen Bruchteil. Die Helligkeitsabnahme dauert typischerweise nur Stunden. Die periodische Helligkeitsschwankung kann mit empfindlichen Messgeräten registriert werden. Jupiter dunkelt die Sonne um etwa 1 Prozent ab, die Erde um etwa 0,01 Prozent. Aus der Periode und der Stärke der Helligkeitsabnahme können die Umlaufzeit und die Größe des Planeten bestimmt werden.

Gravitationslinse (Microlensing)

Wenn ein kleinerer, lichtschwacher Stern die Sichtlinie zwischen einem Beobachter und einem helleren Stern passiert, erhöht sich die Helligkeit des Hintergrundsterns. Das wird von vielen Astronomen auf den folgenden vermuteten Effekt zurückgeführt: Der lichtschwache Stern wirkt wie eine Sammellinse, die das Licht bündelt. Die Schwerkraft des kleinen Sterns reicht aus, den Linseneffekt hervorzurufen, wenn beide Sterne präzise auf der Sichtlinie liegen. Dann steigt die Lichtintensität des Hintergrundsterns innerhalb einiger Wochen oder Monate an und fällt danach wieder ab in der Form einer Glockenkurve. Das passiert selten: Höchstens einer unter einer Million Sternen gerät hinter eine "Gravitationslinse". Aber wenn man täglich einige Millionen Hintergrundsterne untersucht, erhöht sich die Chance solch einen Microlensing-Effekt zu registrieren entsprechend. Wenn der "Linsen-Stern" einen Planeten besitzt, wirkt auch er sich auf die Lichtbündelung aus und verzerrt die Glockenkurve.