Die Suche nach extrasolaren Planeten begann mit erdgebundenen Teleskopen. Der erste extrasolare Planet im Sternbild Pegasus wurde durch die Beobachtungen mit einem Teleskop in Südfrankreich entdeckt. Aber selbst die besten Teleskope sind in ihrem Einsatz durch den Tag- und Nachtrhythmus, durch Mondphasen und schlechtes Wetter beschränkt.
Künstlerische Darstellung des Planetensystems um den Stern Kepler-9: die beiden Gasriesen wurden zu Beginn der Kepler-Mission entdeckt. Die verfeinerte Analyse der Lichtkurven zeigt einen dritten Planeten. © NASA/Ames/JPL-Caltech)Eine ununterbrochene Beobachtung eines Sternfeldes, wie sie für die Suche nach Transitsignalen ideal wäre, ist damit nicht möglich. Außerdem wird die Genauigkeit, mit der man die Veränderung der Sternintensität messen kann, durch die ständigen Turbulenzen in der Erdatmosphäre begrenzt. Es war naheliegend, die Suche nach extrasolaren Planeten in den Weltraum auszuweiten.
Das wurde zum ersten Mal 2007 mit der französischen Mission CoRoT (Convection, Rotation and Planetary Transits) verwirklicht, an der auch das DLR beteiligt war. CoRoT war überaus erfolgreich. Unter seinen herausragenden Entdeckungen war der erste Gesteinsplanet, CoRoT-7b, ein Planet mit der etwa siebenfachen Erdmasse und dem 1,7-fachen Erdradius. Mit diesen Werten gehört CoRoT-7b zu den sogenannten Super-Erden. Er umkreist seinen Stern in nur 20 Stunden und zeigt ihm immer die gleiche Seite. Der geringe Abstand und die gebundene Rotation führen zu einer starken Erhitzung seiner dem Stern zugewandten Oberfläche. Wie es genau dort aussieht, hängt von vielen Faktoren ab, die man nur sehr ungenau kennt oder abschätzen kann: Wie hat sich der Planet gebildet? Hat oder hatte er eine Atmosphäre? Aus welchem Gestein besteht er?
Die nächste Mission zur Suche nach Exoplaneten war die NASA-Weltraummission Kepler von 2009 bis 2013. Fast fünf Jahre lang schaute Kepler kontinuierlich auf ein Feld mit rund 150.000 Sternen im Sternbild Schwan und hat so ca. 3000 Planeten gefunden. Zwei Schwungräder zur präzisen Ausrichtung des Teleskops gingen 2013 kaputt. Mit einem neuen Konzept, das den Sonnenwind zur Stabilisierung nutzt, wurde die Mission unter den Namen K2 bis 2018 fortgesetzt, wenn auch mit geringerer Qualität der Messdaten.
An Kepler/K2 schloss sich die NASA-Mission TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) an. Ein Jahr später, Ende 2019, startete die ESA das Weltraumteleskop CHEOPS (Characterising ExoPlanet Satellite). Alle diese Weltraumteleskope benutzen die Transitmethode. Aber während CoRoT, Kepler und TESS nach neuen, unbekannten Planeten suchen oder gesucht haben, betrachtet CHEOPS bereits bekannte Planetensysteme noch mal genauer. Durch seine äußerst präzisen Helligkeitsmessungen können die Radien bekannter Planeten genauer bestimmt und weitere Planeten in dem System gefunden werden.
Diese Weltraummissionen haben die erdgebundenen Teleskope nicht überflüssig gemacht. Ein Beispiel dafür ist NGTS (Next Generation Transit Survey), eine Teleskopanlage mit zwölf Kameras in der Atacama-Wüste in Chile, das vom DLR mitfinanziert und betrieben wird. Seine Spezialität ist die Suche nach sogenannten Sub-Neptunen, Planeten, die etwa so groß oder etwas kleiner sind als Neptun. Solche dem Neptun ähnliche Objekte findet man kaum mit kurzen Umlaufzeiten, drei Tagen oder kürzer, obwohl es doch so viele heiße Jupiter mit solchen kurzen Perioden gibt. Salopp gesagt scheint es da eine „Neptunwüste“ im Katalog der extrasolaren Planeten zu geben. Man erklärt sich das damit, dass ein Planet mit der Masse des Jupiters und ähnlicher Zusammensetzung seine Hülle aus Wasserstoff und Helium durch die starke Strahlung des Sterns sehr schnell verliert und nur der Kern übrigbleibt und dabei die Region der Neptunwüste schnell verlässt. Umso interessanter war die Entdeckung des Planeten NGTS-4b, dem ersten „Bewohner“ der Neptunwüste, mit einer Umlaufzeit von 32 Stunden.
Auch an der Entdeckung mehrerer extrasolarer Planeten aus der Analyse der Kepler- und K2-Daten war das DLR-Institut für Planetenforschung beteiligt. Darunter war das Planetensystem Kepler-90, das erste Planetensystem mit sieben Planeten und einer ähnlichen Architektur wie die unseres Sonnensystems: die Gasriesen außen, die kleinen Planeten innen. Überraschend ist jedoch, dass alle Planeten sich innerhalb der Erdbahn bewegen, fast als hätte man unser Sonnensystem geschrumpft.
Eine hochinteressante Entdeckung war 2022 der Exoplanet GJ 367b: ein Gesteinsplanet, der in nur acht Stunden seinen Stern umkreist. Mit einer halben Erdmasse ist er ein Fliegengewicht unter den Exoplaneten, aber seine hohe mittlere Dichte deutet auf einen großen Eisenkern hin, eher merkur- als erdähnlich. Da der Stern nur knapp 31 Lichtjahre von der Erde entfernt ist, bietet er sich für weitere Untersuchungen an. Der Fund zeigt, wie man kleinste und sehr massearme Exoplaneten finden und ihre Eigenschaften genauestens bestimmen kann – ein Schlüssel zum Verständnis, wie sich Gesteinsplaneten bilden und entwickeln.
Die Entdeckung von Planeten und ihre Charakterisierung sind das Ergebnis verschiedener Methoden und Instrumente. Manche Entdeckung erinnert an eine Detektivgeschichte, bei der einzelne Ergebnisse erst richtig zusammengeführt werden müssen, um das Gesamtbild zu zeigen. Ein solcher Fall ist die Entdeckung des Planetensystems HD 110067. Zuerst registrierte man mit TESS Helligkeitsschwankungen, die auf zwei Planetenkandidaten hinwiesen, und weitere Transit-ähnliche Ereignisse, die nicht gedeutet werden konnten. Nachfolgende Messungen mit CHEOPS brachten Licht in die Sache: Es gab noch einen dritten Planeten. Da die Umlaufzeiten dieser drei Planeten in einem harmonischen Verhältnis stehen, versuchte man die verbleibenden ungeklärten Helligkeitsschwankungen mit weiteren Planeten in ähnlicher Harmonie zu erklären. So ergab sich ein System mit sechs Sub-Neptunen, dessen Architektur seit seiner Entstehung vor mehreren Milliarden Jahren ungestört geblieben ist, was man aus den harmonischen Verhältnissen der Umlaufzeiten schließen kann.