CUTE: Die Atmosphären heißer Jupiter (Exoplaneten) im Visier

Missionslogo von CUTE: Am 27. startete die Mission „CUTE“ –und der vergleichsweise winzige Satellit, der Geheimnisse rund um die sogenannten „Hot Jupiters“ lüften soll, macht diesem Namen alle Ehre. Es handelt sich um eine der CubeSat-Missionen der NASA, die demonstrieren sollen, dass solche Kleinsatelliten dank der immer weiter fortschreitenden Miniaturisierung der Elektronik und Sensorik auch für anspruchsvolle technische und wissenschaftliche Aufgaben geeignet sind. Videolink: https://www.prosieben.de/tv/galileo/videos/so-klein-wie-eine-mueslipackung-neuer-satellit-lueftet-geheimnisse-des-universums-clip

Ein kleiner Mini-Satellit soll in den kommenden Monaten riesige extrasolare Gaswelten erforschen: Das Colorado Ultraviolet Transit Experiment, kurz CUTE, ist in der vergangenen Nacht erfolgreich ins All gestartet. Durch Beobachtung der Atmosphären von heißen Jupitern erhoffen sich die Forschenden auch allgemeinere Informationen über die Planetenentwicklung.

Redaktion / Pressemitteilung des Instituts für Weltraumforschung der ÖAW
astronews.com 28. September 2021

Zusammen mit dem Satelliten Landsat 9 wurde gestern Abend von der Vandenberg Space Force Base in Kalifornien auch das Colorado Ultraviolet Transit Experiment (CUTE) gestartet. Der kleine Satellit soll die Atmosphären von extrasolaren Planeten untersuchen. CUTE ist nur von seiner Größe her „niedlich“, englisch „cute“: Im Inneren des Satelliten steckt Hightech vom Feinsten: Es handelt sich nämlich um die erste von der NASA finanzierte CubeSat-Mission, die einen Blick auf ferne Welten außerhalb unseres Sonnensystems wirft – ein wichtiger Test dafür, wozu diese kleinen Raumfahrzeuge in der Lage sein könnten.

CUTE
Künstlerische Darstellung des Satelliten CUTE im Erdorbit.

„Das etwa vier Millionen Euro teure Raumfahrzeug, ein viel kleinerer Satellitentyp als üblich, auch als CubeSat bekannt, ist ungefähr so groß wie eine Schuhschachtel“, so Luca Fossati vom Das Grazer Institut für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, das als wichtigster nicht-amerikanischer Partner an der Mission beteiligt ist. Fossati ist Mitglied im CUTE Science Team ist. Im Gegensatz zu größeren Weltraummissionen, die oft Hunderte von Millionen Euro kosten, können CubeSats kostengünstig und schneller hergestellt werden und trotzdem von wissenschaftlichem Nutzen sein.

Schnelles Update auf @CUTECubeSat
von dem @LASPatCU
SmallSat Mission Ops Center: Wir haben gestern mit den Überprüfungen der Raumfahrzeuge begonnen und hoffen, nächste Woche mit den Überprüfungen der
#wissenschaftlichen Nutzlast beginnen zu können !

Der Mini-Satellit verfolgt große wissenschaftliche Ziele: Im Laufe von etwa sieben Monaten soll er eine besondere Klasse von extrasolaren Planeten ins Visier nehmen, die als „heiße Jupiter“ bezeichnet werden. Wie ihr Name schon sagt, sind diese Gasplaneten sowohl groß als auch sehr heiß und erreichen Temperaturen von Tausenden von Grad Celsius. Sie umrunden ihre Sonne auf sehr engen Bahnen. „Dank der Ergebnisse werden wir besser verstehen, wie sich diese und viele andere Planeten über Milliarden von Jahren entwickeln und sogar schrumpfen“, erläutert Fossati das Missionsziel.

CUTE befasst sich mit einem besonders „heißen“ Thema der Astrophysik: Heiße Jupiter und ihre noch chaotischeren Cousins, die ultraheißen Jupiter, sind eine äußerst unwirtliche Klasse von Gaswelten. Ein Beispiel dafür ist KELT-9b: Dieser Planet, der sich in einem Sternensystem befindet, das etwa 670 Lichtjahre von unserem entfernt ist, hat eine Masse, die fast dreimal so groß ist wie die des Jupiters. Aber KELT-9b kreist auch viel näher an seinem Mutterstern – so nah, dass die Temperaturen auf dem Planeten 7800 Grad Celsius erreichen. „Durch die Nähe zu seinem Stern, der fast zweimal so heiß wie unsere Sonne ist, erhält KELT-9b eine enorme Strahlungsmenge“, berichtet Fossati.

Diese Strahlung fordert mit der Zeit ihren Tribut von den Planeten. Bei diesen Temperaturen beginnen sich die Atmosphären heißer Jupiter auszudehnen. Sie können sogar ins All entweichen. Und genau hier kommt CUTE ins Spiel: Der Satellit wird die aufgeblähten Atmosphären dieser wirklich heißen, ziemlich gashaltigen Exoplaneten untersuchen und messen, wie schnell die Gase entweichen.

„Die Ergebnisse werden uns nicht nur viel über heiße Jupiter, sondern über die gesamte Bandbreite der in der Galaxie existierenden Planeten sagen können,“ so Fossati. Dazu gehören auch kleine und felsige Welten wie die Erde und ihre nahen Nachbarn. Der Mars beispielsweise hat im Laufe von fast drei Milliarden Jahren ebenfalls einen Großteil seiner Atmosphäre verloren, so dass der Planet für Menschen unbewohnbar geworden ist. CUTE soll während seiner kurzen Lebensdauer so viele heiße Jupiter wie möglich abtasten. „Der Satellit wird beweisen, dass auch ’niedliche‘ Dinge bemerkenswerte wissenschaftliche Arbeit leisten können“, ist Fossati überzeugt.

CUTE misst 30 mal 20 mal 10 Zentimeter, das entspricht ungefähr der Größe einer Schuhschachtel. Der CubeSat wird die obere Atmosphäre der fernen Welten mithilfe der Ultraviolett-Spektroskopie erforschen und die Zielobjekte während eines sogenannten Planetentransits beobachten: „Wenn der Planet von der Erde aus gesehen vor dem Stern vorbeizieht, gelingt es einem Teil des Sternenlichts die Planetenatmosphäre zu durchdringen und eine charakteristische Signatur im Sternenspektrum zu hinterlassen“, erklärt Fossati. Diese mit CUTE erfassten Spektra werden zur näheren Beobachtung der Atmosphäre herangezogen, um den Masseverlust der Planeten besser zu verstehen.

CUTE wurde am Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) der University of Colorado in Boulder in den USA entwickelt und gebaut. Das IWF stellte die Analyse des optischen Systems bereit und lieferte den Datensimulator und die Datenreduktions-Pipeline. Der österreichische Beitrag zu CUTE wurde von der Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) finanziert. Weitere Projektpartner im CUTE-Team stammen aus Arizona, Irland, Frankreich und den Niederlanden. Quelle: https://www.astronews.com/news/artikel/2021/09/2109-021.shtml


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CUTE:

Mal schauen wieviel Forschung mit Satelliten in Cornflakes-Packungsgröße bzw. Nanosatelliten aus dem Erdorbit geht.

Interessant und spannend, Miniatur-Satellit soll Atmosphäre besonders unwirtliche Exoplaneten untersuchen. Mal schauen wieviel Forschung mit Satelliten in Cornflakes-Packungsgröße bzw. Nanosatelliten aus dem Erdorbit geht.

Auf große Missionen wie zum Beispiel das „James Webb Teleskop“ oder „Ariel“ warte ich Jahrelang. Konnte ich Anfangs nicht glauben ein Satellit in Cornflakes-Packungsgröße unter sucht die Atmosphäre besonders unwirtliche Exoplaneten – Ja klar! Auch als ich erstmal 2017 davon gehört habe konnte ich es nicht glauben – was soll denn dieses Spielzeug können und dann noch Untersuchung von Exoplaneten. Interessante Wissenschaft ist sonst immer groß und teuer sowie von Kostensteigerungen und Verzögerungen beim Bau begleitet. Ich bin gespannt was man erwarten darf.

Heiße Jupiter sind eine Klasse von Gasriesen- Exoplaneten , von denen angenommen wird, dass sie Jupiter physikalisch ähnlich sind, aber sehr kurze Umlaufzeiten ( P < 10 Tage ) haben. [1] Die unmittelbare Nähe zu ihren Sternen und die hohen Oberflächentemperaturen führten zu dem Spitznamen „heiße Jupiter“.

Hintergrund wissen zu Ariel: Im März 2018 wurde ARIEL (Atmospheric Remote‐sensing Infrared Exoplanet Large‐survey) als vierte mittlere Forschungsmission im Cosmic Vision Programm der ESA ausgewählt. Sie wird sich mit fundamentalen Fragen beschäftigen wird: Woraus bestehen Exoplaneten, wie bilden sich Planetensysteme und wie entwickeln sie sich weiter? Hierzu werden die Atmosphären Hunderter Planeten untersucht, die verschiedene Arten von Muttergestirnen umkreisen.

Auf diese Weise können die Unterschiede der Merkmale sowohl bei einzelnen Planeten als auch in Planetengruppen beurteilt werden. Die Mission wird sich auf warme und heiße Exoplaneten konzentrieren, die ihren Stern in engen Umlaufbahnen umkreisen – von Super-Erden bis zu Gasriesen. Das Teleskop von ARIEL arbeitet sowohl im Bereich des sichtbaren Lichts als auch im Infrarotbereich.

ARIEL wird Mitte 2028 mit der neuen Ariane 6-Trägerrakete der ESA vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou in den Weltraum geschossen. Seinen Einsatzort für die ersten vier Jahre der Mission nimmt es in einem Orbit etwa am zweiten Lagrange-Punkt (L2) auf, von der Sonne aus betrachtet 1,5 Millionen Kilometer direkt „hinter“ der Erde.

Derzeit wird der Aufbau des Satelliten definiert, was schließlich zur „Annahme“ der Mission führt, die für 2020 geplant ist. Im Anschluss wird ein Auftragnehmer aus der Industrie gesucht, der den Satelliten bauen soll. Das IWF ist an zwei wissenschaftlichen Arbeitspaketen beteiligt. Quelle: https://www.oeaw.ac.at/iwf/forschung/weltraummissionen/zukuenftige-missionen/ariel

Christian Dauck


Sogenannte Cubesats, kleine würfelförmige Satelliten mit einer Kantenlänge von gerade einmal zehn Zentimetern, können immer komplexere Aufgaben übernehmen. Die amerikanische Raumfahrtbehörde NASA hat jetzt das Satellitenprojekt CUTE bewilligt: Dabei sollen mit einem Mini-Satelliten heiße Jupiter untersucht werden, die vor ihrer Sonne vorüberziehen.

Redaktion / Pressemitteilung des Instituts für Weltraumforschung der ÖAW
astronews.com 12. Oktober 2017

Die NASA hat den Bau eines Nanosatelliten zur Erforschung extrasolarer Planeten und ihrer Atmosphäre beschlossen. Die Mission CUTE wird von der University of Colorado im US-amerikanischen Boulder geleitet. Das Grazer Institut für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften ist der wichtigste nicht-amerikanische Partner.

Künstlerische Darstellung des CUTE-Satelliten im Flug

CUTE (das steht für Colorado Ultraviolet Transit Experiment) wird den Masseverlust und die Zusammensetzung der oberen Atmosphäre von etwa 20 „heißen“ Jupiter-ähnlichen Planeten erforschen. Der Nanosatellit wird ungefähr die Größe einer Schuhschachtel haben und ein Ultraviolett-Teleskop an Bord führen. Die Zielobjekte werden während eines Planetentransits beobachtet, wenn also der Planet von der Erde aus gesehen vor seinem Stern vorbeizieht. Dabei wird CUTE auch nach planetaren Magnetfeldern suchen.

„Wir vermuten bei diesen heißen Planeten, dass der Masseverlust so rasch erfolgt, dass schwere Elemente aus dem Planeteninneren herausgesogen und in die ausgasende Atmosphäre geschleudert werden“, erklärt IWF-Gruppenleiter Luca Fossati, der Mitglied im CUTE Science Team ist. „Wir erwarten uns also Spuren von schweren Elementen wie Magnesium und Eisen zu entdecken, die der Planet auswirft.“

Die UV-Region wurde ausgewählt, weil die Sterne dort noch hell genug sind, aber auch der Atmosphärenverlust darin gut untersucht werden kann. Mit dem Bau von CUTE wurde vor wenigen Wochen begonnen, der Start der Mission ist für 2020 geplant. Das IWF stellt die Analyse des optischen Systems bereit und liefert den Datensimulator zur Aufbereitung der Datenreduktions-Pipeline. Weitere Projektpartner im CUTE-Team stammen aus Arizona, Irland, Frankreich und den Niederlanden.

Bis heute wurden über 100 Gasriesen außerhalb unseres Sonnensystem entdeckt, die ihren Mutterstern in sehr geringem Abstand umkreisen. „Mit der Untersuchung dieser Planeten hoffen wir, die Entstehung unseres eigenen Sonnensystems besser verstehen zu können“, erläutert Fossati die Bedeutung der Mission.

CUTE zählt zu den sogenannten Cubesats. Es handelt sich dabei um würfelförmige Mini-Satelliten mit einer Kantenlänge von etwa zehn Zentimetern, wobei auch mehrere Einheiten zu einem größeren Cubesat zusammengesetzt werden können. CUTE besteht aus sechs Standardeinheiten und hat eine Größe von 30 x 20 x 10 Zentimetern. Diese kleinen Satelliten sind in den letzten Jahren immer populärer geworden, lassen sie sich doch relativ preisgünstig entwickeln und auch starten: So reisen sie in der Regel beim Start größerer Satelliten einfach mit ins All oder werden sogar von der Internationalen Raumstation ISS aus in den Weltraum ausgesetzt. Quelle: https://www.astronews.com/news/artikel/2017/10/1710-013.shtml


CUTE: Dieser Satellit ist so groß wie eine Cornflakes-Packung

Ein neuer Miniatur-Satellit soll besonders unwirtliche Exoplaneten – als heiße Jupiter bezeichnet – sieben Monate lang aus dem All beobachten. Das soll die Frage, warum Atmosphären entweichen, klären.

Das Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) der University of Colorado Boulder (CU Boulder) hat über die letzten vier Jahre einen Satelliten entwickelt, der so groß wie eine Familienpackung Cornflakes ist und auf den sperrigen Namen „Colorado Ultraviolet Transit Experiment“ hört. Abgekürzt ergibt sich das Akronym CUTE, das flüssig gelesen in deutscher Übersetzung „niedlich“ bedeutet.

CUTE soll heiße Jupiter abtasten

Der etwa vier Millionen US-Dollar teure und zur Gruppe der sogenannten Cubesats gehörige Flugkörper soll am 27. September ins All starten und dann sieben Monate lang eine Reihe weit entfernter Exoplaneten untersuchen. Die Mission wird an Bord einer United-Launch-Alliance-Rakete des Typs Atlas V zusammen mit dem Satelliten Landsat 9 von der Vandenberg-Space-Force-Base in Lompoc im US-Bundesstaat Kalifornien starten. Das teilt die CU Boulder auf phys.org mit.

Nachdem CUTE in eine Umlaufbahn um die Erde eingetreten ist, soll der Mini-Satellit eine Gruppe von Gasplaneten messtechnisch untersuchen, die als „heiße Jupiter“ bezeichnet werden. Der Name resultiert daraus, dass sie jeweils riesig groß, sogar bis zu dreimal größer als „unser“ Jupiter, sind. Zugleich sind diese Planeten extrem heiß. Sie erreichen Temperaturen um 4.000 Grad Celsius auf ihren Oberflächen. Das hat zum Teil damit zu tun, dass sie in recht engen Umlaufbahnen um ihren jeweiligen Stern kreisen.

Diese Strahlung schädigt mit der Zeit die Planeten, denn bei solchen Temperaturen dehnen sich die Atmosphären heißer Jupiter aus. Das kann bis zum Riss in der Atmosphäre mit nachfolgendem Entweichen ins All gehen. Forschende können an diesen Planeten, die sich gleichsam wie in einer Art Zeitraffer ausdehnen und dann zu weißen Zwergen werden, Erkenntnisse dazu gewinnen, wieso Atmosphären sich von Planeten lösen.

Wie viel Forschung geht mit Satelliten in Cornflakes-Packungsgröße?

Die Idee ist, dass das Untersuchen des Entweichens von Atmosphäre an möglichst vielen Planeten dazu beitragen kann, die Gesetzmäßigkeiten hinter dem Entweichen von Atmosphären insgesamt zu verstehen. Solche Erkenntnisse könnten dann auf verschiedene Arten von Planeten angewendet werden, so die Forschenden.

Neben dem eigentlichen Missionsziel will die US-Weltraumbehörde Nasa mit dem CUTE herausfinden, „wie viel Wissenschaft mit einem kleinen Satelliten möglich ist“. Das repräsentiert ein bedeutendes Umdenken in der Weltraumforschung. Noch vor rund zehn Jahren waren Kleinsatelliten auch in der Nasa als „Spielzeug“ abgetan worden, das man höchstens zu Lehrzwecken gebrauchen könnte.

In der Zwischenzeit konnte das LASP verschiedene Konzepte auf Cubesat-Basis vorstellen, die allesamt überzeugten. Nicht unbedeutend dürfte letztlich auch der Kostenfaktor sein. Der CUTE ist mit rund vier Millionen Dollar sehr viel günstiger als größere Satelliten, die in der Regel mehr als 100 Millionen Dollar verschlingen. Quelle: https://t3n.de/news/cute-cornflakes-satellit-1410079/