Een vage wereld naast een verblindende ster

Een exoplaneet is een planeet die om een andere ster dan de zon draait. De dichtstbijzijnde ster buiten het zonnestelsel, Proxima Centauri, staat ongeveer 4,24 lichtjaar van ons vandaan. Elke exoplaneet is dus veel verder weg dan alles waar een ruimtevaartuig ooit is geweest. Alles wat we over exoplaneten weten, komt van licht dat jarenlang heeft gereisd.

Waarom maken we er dan niet gewoon een foto van? Een planeet geeft zelf geen licht dat in zichtbare kleuren van belang is. Hij schijnt alleen door het licht van zijn ster te weerkaatsen, en hij weerkaatst maar een heel klein deel daarvan.

Een ruwe schatting van het contrast (de helderheid van de planeet gedeeld door de helderheid van de ster) is

contrast ≈ (Rp / 2a)² × albedo

waarbij Rp de straal van de planeet is, a de afstand tot de ster en het albedo het deel van het licht is dat de planeet weerkaatst. Voor een aardachtige planeet op 1 AU rond een zonachtige ster is het resultaat ongeveer 10⁻¹⁰: de ster is ongeveer tien miljard keer helderder dan de planeet. Voor Jupiter op 5,2 AU is het ongeveer 10⁻⁹, dus een miljard keer. Dit geldt alleen voor weerkaatst zichtbaar licht.

De planeet staat ook aan de hemel heel dicht bij zijn ster. Op een afstand van 1 parsec (3,26 lichtjaar) lijkt 1 AU 1 boogseconde groot. De hoek in boogseconden is dus θ = a (in AU) ÷ d (in parsecs). Vanaf 10 parsec is een aardachtige baan op 1 AU slechts 0,1 boogseconde groot. De baan van Jupiter, gezien vanaf 30 lichtjaar (9,2 parsec), heeft een straal van 5,2 ÷ 9,2 ≈ 0,57 boogseconde. Licht dat tien miljard keer helderder is dan de planeet en op 0,1 boogseconde afstand staat, is heel moeilijk te onderscheiden.

Twee dingen maken het werk gemakkelijker. Ten eerste geven planeten die jong, heet, groot en ver van hun ster zijn hun eigen warmte af, vooral als infrarood licht. Daardoor is hun contrast veel beter dan 10⁻⁹. De vier reuzen van het HR 8799-systeem, die in 2008 en later in beeld zijn gebracht, zijn het klassieke voorbeeld. Ten tweede is een coronagraaf een klein masker in een telescoop dat het licht van de ster blokkeert voordat het de detector bereikt. Een sterrenscherm werkt volgens hetzelfde idee in de ruimte: een groot scherm dat ver voor de telescoop vliegt. Een masker dat te groot is, verbergt de planeet ook. Daarom moet de planeet ver genoeg van de ster staan om erbuiten te vallen.