Erste Weltraummission, die Exoplaneten im Detail unter die Lupe nimmt. Eine neue Ära in der Erforschung von Exoplaneten.
Eines der wichtigsten, bedeutendes, interessantesten und Spannendsten Missionen beginnt. Für die Astrobiologie wird es mit dem geplanten Start von dem europäischen Weltraumteleskop „Cheops“ am 17.12 (Update: Start verschoben neue Versuchsmöglichkeiten alle 24 stunden) spannend. Eine Mission auf die ich schon lange warte und mich sehr freue. Endlich geht es los – Hurra! Ich bin sehr gespannt was der neue Satellit für Entdeckungen macht und wie Exoplaneten beschaffen sind: Gestein, Wasser oder Gas. Wie super, „Cheops“ ist kein Satellit der nach neuen Exoplaneten suchen soll sondern bestimme vorhandene genauer unter suchen soll. Ein sehr schönes Weihnachtsgeschenk der ESA für Raumfahrtfans die sich für Astrobiologie und Exoplaneten interessieren. Cheops-Webseite: https://cheops.unibe.ch/de/
Science-Fiction! Wissenschaftlich irrelevant! Antrag abgelehnt! Als Willy Benz im Jahr 2000 einen Forschungsschwerpunkt etablieren wollte, der Planeten in fernen Sonnensystemen untersucht, stieß der Schweizer Astrophysiker auf breite Ablehnung, auf Unverständnis, auf Kopfschütteln. Als Benz acht Jahre später dafür plädierte, einen Satelliten zum Studium genau dieser Exoplaneten zu bauen, fiel die Reaktion der Fachkollegen zwar etwas milder aus, das Ergebnis aber war das gleiche: Antrag abgelehnt!
Heute Ende 2019 sind mehr als 4100 Planeten bekannt, die um andere Sterne als unsere Sonne kreisen. Das rasant wachsende Forschungsfeld ist gerade mit seinem ersten Nobelpreis ausgezeichnet worden. Und auch Benz’ Satellit steht – nach jahrelanger Wartezeit – endlich vor einer großen Zukunft. Genauer gesagt: Er steht auf der Startrampe Quelle: https://www.spektrum.de/news/die-vermessung-der-exoplaneten/1692748
Die Geschichte von CHEOPS
An der Universität Bern bauen Ingenieure das Weltraumteleskop CHEOPS zusammen. Es soll von einer Erdumlaufbahn aus den Durchmesser von Exoplaneten messen, die Lichtjahre von uns entfernt vor ihrem Mutterstern hindurchziehen. Die Idee für CHEOPS hatten Schweizer Astronomen bereits 2008.
Eigentlich wollte Willy Benz, Professor am Physikalischen Institut der Universität Bern, während eines Urlaub-Semesters 2008 auf Reisen gehen. Doch anstatt dieses Sabbatical an ausländischen Universitäten zu verbringen, sass der Astrophysiker zu Hause am Schreibtisch und arbeitete an einem Forschungsantrag. Der Schweizerische Nationalfonds hatte die Vergabe von neuen Nationalen Forschungsschwerpunkten (NFS) ausgeschrieben und Willy Benz wollte zusammen mit seinem Genfer Kollegen Didier Queloz einen Vorschlag zur Planetenforschung einreichen.
1995 hatten der damalige Doktorand Queloz und sein Professor Michel Mayor den ersten sogenannten Exoplaneten bei einem sonnenähnlichen Stern entdeckt. Benz hatte neun Jahre zuvor ebenfalls bei Mayor an der Universität Genf doktoriert. Bereits im Jahr 2000 hatte er beim Nationalfonds einen Vorschlag für einen Nationalen Forschungsschwerpunkt zur Exoplanetenforschung eingereicht, war damit aber abgeblitzt. «Das sei Science-Fiction, hat man mir damals im Interview mitgeteilt,» erinnert sich der Astrophysiker. Dabei kannte man im Jahr 2000 schon Dutzende von Exoplaneten, 2008 waren es 300, heute sind es über 3000. Quelle: https://cheops.unibe.ch/de/die-geschichte-von-cheops/
Das Weltraumteleskop „Cheops“ soll bereits bekannte Exoplaneten genau untersuchen: Welche von ihnen haben das Potenzial, Leben zu beherbergen und für eine zweite Erde?
Noch in den 1990er Jahren waren Planeten außerhalb unseres Sonnensystems nur aus der Science Fiction bekannt. Dann fanden Michel Mayor und Didier Queloz vom Departement für Astronomie der Universität Genf am 10. Dezember 1995 im Sternbild Pegasus den Himmelskörper 51 Pegasi b. Er kreist um den sonnenähnlichen Stern Helvetius, hat in etwa die Größe von Jupiter und ist rund 50 Lichtjahre von der Erde entfernt. Für ihre Entdeckung erhielten die beiden Schweizer Forscher am 10. Dezember den diesjährigen Physiknobelpreis.
Leben im All: 4000 neue Planeten mit Potenzial entdeckt
51 Pegasi b war nur der Anfang: Seither haben Astronomen mit Hilfe moderner Weltraumteleskope mehr als 4000 weitere Exoplaneten, wie Planeten außerhalb unseres Sonnensystems bezeichnet werden, gefunden. Auf einem Teil von ihnen dürften Bedingungen herrschen, die Leben ermöglichen könnten. Doch welche Planeten sind das? Bei dem bloßen Entdecken ihrer Existenz ist das nicht unbedingt zu erkennen, auch wenn der Abstand, um den ein Planet um seinen Stern kreist, gewisse Anhaltspunkte liefern kann.
Um Exoplaneten näher zu untersuchen, startet die europäische Weltraumorganisation Esa am Dienstag nächster Woche, 17. Dezember, die Mission „Cheops“ (kurz für „Characterising Exoplanet Satellite“). Sie wird um 9.54 Uhr mitteleuropäischer Zeit mit einer Sojus-Fregat-Rakete vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou, Französisch-Guyana, auf den Weg gebracht. „Cheops“ ist die erste Esa-Mission, die sich der Erforschung von Exoplaneten außerhalb unseres Sonnensystems widmet, und ein Gemeinschaftsprojekt mit der Schweiz sowie einem Konsortium aus elf weiteren Ländern unter der Leitung der Universität Bern.
„Cheops“: Teleskop beobachtet Sterne mit bekannten Planetensystemen
Bei „Cheops“ handelt es sich um ein Weltraumteleskop, das Sterne mit bekannten Planetensystemen beobachten und dabei mittels hochmoderner Photometrie (ein Messverfahren im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts) auch kleinste Veränderungen bei der Helligkeit messen soll. Zieht ein Planet gerade zwischen dem Teleskop und seinem Zentralgestirn vorbei, dann verdeckt er während dieser Passage einen Teil der Oberfläche des Sterns.
Auf diese Weise ist es überhaupt erst möglich, Exoplaneten zu finden. Über die Dauer der Abdunklung können die Forscher auch etwas über die Größe der Planeten erfahren. Die Größe liefert in Kombination mit der Masse – die über Geschwindigkeitsmessungen zu berechnen ist – ein Maß für die Dichte des Planeten. Aus der Dichte wiederum lassen sich Rückschlüsse ziehen, um welche Art von Planet es sich handelt – ob um einen erdähnlichen aus festen Gesteinsoberflächen oder um einen Gasriesen wie zum Beispiel Jupiter oder Saturn.
„Cheops“ wird die Planeten außerdem beobachten, während sie sich auf ihrem Orbit um ihren Stern herum bewegen und von dessen Licht beschienen werden. Daraus wollen die Forscher Rückschlüsse auf die Existenz einer Atmosphäre ziehen, vielleicht sogar herausfinden, ob es am Himmel über einem Planeten Wolken gibt.
Seine Position bezieht der Satellit im Erdorbit
Anders als die bisherigen Weltraumteleskope „Kepler“ und „Tess“ von der US-Raumfahrtbehörde Nasa oder „Coros“ von der französischen Cnes hat „Cheops“ nicht die Aufgabe, neue Objekte zu finden. Vielmehr ist das Esa-Teleskop als Folgemission konzipiert, um jene Sterne genauer zu beobachten, von denen durch die vorhandenen Weltraumteleskope bereits bekannt ist, dass Planeten um sie kreisen. Unter diesen Himmelskörpern soll „Cheops“ dann jene Kandidaten herausfiltern, die am aussichtsreichsten und interessantesten erscheinen, um bei zukünftigen, wesentlich umfangreicheren Missionen noch detaillierter untersucht zu werden. Wie man sich denken kann, hoffen die Wissenschaftler dabei vor allem auf Himmelskörper, die Leben beherbergen könnten. „Cheops“ soll damit den Weg ebnen für „Plato“ und „Ariel“, die nächste Generation von Esa-Weltraumteleskopen, deren Start für das nächste Jahrzehnt geplant ist.
Quelle: ESA / ATG medialab
Für seine Mission muss das „Cheops“-Teleskop nicht weit hinaus in die Tiefen des Alls reisen. Der etwa 300 Kilogramm schwere Satellit wird in rund 700 Kilometern Höhe in einer Umlaufbahn um die Erde kreisen. Von dort aus soll „Cheops“ nahezu jeden Punkt im All anpeilen können, heißt es in einer Mitteilung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt, das zwei Module für den Satelliten beigesteuert hat.
1,2 Gigabit Daten täglich
Insgesamt soll das Weltraumteleskop der Esa rund 500 Sternensysteme untersuchen und dabei sein Augenmerk auf Planeten legen, die größer als die Erde und kleiner als Neptun sind, also einen Durchmesser zwischen 10 000 und 50 000 Kilometern haben.
Gesteuert wird „Cheops“ vom Missionsbetriebszentrum im spanischen Torrejón de Ardoz, das Kontakt zum Teleskop hat, wenn es über die spanischen Bodenstationen der Esa fliegt. Jeden Tag soll das Teleskop dabei rund 1,2 Gigabit Beobachtungsdaten zur Erde senden.
Zunächst ist geplant, dass „Cheops“ dreieinhalb Jahre lang Sterne und ihre Planeten unter die Lupe nehmen soll; mit einer Option für eine Verlängerung der Mission auf fünf Jahre.
Quelle: https://www.fr.de/wissen/weltraumteleskop-cheops-leben-geben-koennte-zr-13298046.html
Es ist eine Mission der „S-Klasse“, die von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) im Herbst dieses Jahres ins Weltall befördert wird. Das „S“ steht für „small“: CHEOPS ist eine kleine Mission, ihr Name ein Kunstwort aus „Characterising Exoplanet Satellite“. Die Mission soll in erster Linie bereits bekannte, zumeist mit erdgestützten Teleskopen und der sogenannten Radialgeschwindigkeitsmethode entdeckte Exoplaneten untersuchen.
Mit der Radialgeschwindigkeitsmethode werden winzige Veränderungen im Lichtspektrum eines Sterns gemessen, die durch die Bewegung eines Sterns und eines oder mehrerer Planeten um den gemeinsamen Schwerpunkt verursacht werden. Diese Oszillation drückt sich in einer Dehnung (Rotverschiebung) oder Stauchung (Blauverschiebung) der Wellenlängen des Sternenlichts aus, dem nach dem österreichischen Physiker Christian Doppler (1803–1853) benannten „Dopplereffekt“.
Untersuchung verheißungsvoller Bewerber
Als 1995 – 40 Lichtjahre von der Erde entfernt – erstmals ein Planet entdeckt wurde, der einen sonnenähnlichen Stern umkreist, war dies eine astronomische Sensation. Gleichzeitig war es der Auftakt für eine neue Disziplin: Prof. Didier Queloz von der Universität Genf, einer der beiden Entdecker von 51 Pegasi b – so die Bezeichnung für den planetaren Begleiter des Sterns Helvetios im Sternbild des Pegasus –, nennt sie „Exoplanetologie“. Das Wort ist wiederum eine Zusammensetzung, und zwar aus den Begriffen Planetologie, die bis zu diesem Zeitpunkt auf das Sonnensystem beschränkt war, und den extrasolaren Planeten oder kurz Exoplaneten. Sie sind die neuen Mitglieder im astronomischen „Zoo“.
Heute sind schon über 4.000 Exoplaneten bekannt, entdeckt von Teleskopen auf der Erde oder von Weltraumteleskopen wie Kepler, TESS und CoRoT. Vor allem die Kepler-Mission hat viele Planetenkandidaten ausgemacht, die aber noch zu überprüfen und zu bestätigen sind. Die Hauptaufgabe von CHEOPS ist es daher, über das Vermessen der Lichtkurven von hellen Sternen bei sogenannten Transits (also den Passagen von Exoplaneten vor ihrem Stern) und deren damit verbundener minimaler Verdunklung, Planeten hinsichtlich ihrer Größe, Umlaufzeit und physikalischer Parameter zu beurteilen.
Der Schlüssel liegt in der Dichte
Das Hauptziel der 2012 ausgewählten Mission ist die Untersuchung der Struktur von Exoplaneten, die größer als die Erde und kleiner als Neptun sind, also Durchmesser zwischen etwa 10.000 und 50.000 Kilometern haben. Dabei wird eine Technik verwendet, die als hochpräzise gilt: die Transitphotometrie. Voraussetzung dafür ist eine günstige Beobachtungsgeometrie. Der mit dem Dopplereffekt identifizierte Planet muss in der Beobachtungsebene des CHEOPS-Teleskops vor seinem Stern vorbeiziehen. Erst dann ist eine Lichtkurvenaufzeichnung mit der Transitmethode möglich.
Durch das Beobachten der Abdunklung des Sternenlichts während eines Transits ist es möglich, die Größe des Planeten zu bestimmen. Sie liefert in Kombination mit der Masse – die aus den Radialgeschwindigkeitsmessungen bekannt ist – ein Maß für die Dichte des Planeten. Diese ist einer der wichtigsten Parameter, um den Stern zu charakterisieren und um die Natur dieser Planeten zu erkennen. So lassen sich zum Beispiel erdähnliche Planeten mit festen Gesteinsoberflächen von Gasplaneten oder Ozeanwelten unterscheiden. Der Sensor des Teleskops ist in den Wellenlängen des sichtbaren Lichts bis ins nahe Infrarot empfindlich, also von 400 bis 1.100 Nanometer.
Mit Hilfe der von CHEOPS ermittelten Größenangabe und der mit anderen, ähnlich raffinierten Methoden ermittelten Masse eines Exoplaneten lässt sich seine Dichte berechnen. Die Astronomen wissen dann, ob es sich um einen fluffigen Gasplaneten oder um eine kompakte Gesteinskugel handelt.
Oder auch um eine Kombination aus beidem. Auch größeren Wasser- oder Eismassen können sie auf diese Weise auf die Spur kommen und Exoplaneten auswählen, bei denen es sich lohnen könnte, nach einer wasser – oder methanhaltigen Atmosphäre zu suchen. Beide Gase gelten als Indikatoren für die Lebensfreundlichkeit eines Planeten.
CHEOPS wird die Planeten außerdem beobachten, während sie sich auf ihrem Orbit um ihren Zentralstern herum bewegen und von dessen Licht beschienen werden. Daraus wollen die Forscherinnen und Forscher Rückschlüsse auf die Existenz einer Atmosphäre ziehen, vielleicht sogar herausfinden, ob der beobachtete Exoplanet Wolken hat. Anders als frühere Missionen ist CHEOPS also keine „Entdeckungsmaschine“, sondern eine Folgemission, die sich auf einzelne Sterne konzentriert, von denen bereits bekannt ist, dass sie einen oder mehrere Planeten beherbergen. Neue, vor allem erdähnliche Exoplaneten finden soll ab 2026 die wesentlich größere ESA-Mission PLATO, bei der 26 einzelne Teleskope und Kameras zum Einsatz kommen.
Quelle: https://www.dlr.de/content/de/artikel/missionen-projekte/cheops/mission-cheops.html
Christian Dauck 