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Astronomie: Weltraumteleskop Cheops: Planetenjagd mit Schweizer Präzision

Wenn alles planmäßig verläuft, wird Ende 2018 unter den im Weltraum stationierten Exoplaneten-Forschungsteleskopen ein neuer Name auftauchen. In Zusammenarbeit mit der Europäischen Raumfahrtagentur Esa und zehn weiteren Partnerländern wird die Schweiz das Weltraumfernrohr Cheops in den Orbit bringen. Es soll Planeten jenseits des Sonnensystems mit höchster Genauigkeit ausmessen.
Auf der Suche nach einer zweiten Erde und weiteren Exoplaneten: die Cheops-Sonde. Auf der Suche nach einer zweiten Erde und weiteren Exoplaneten: die Cheops-Sonde.
Berlin. 

Gegenüber den Dimensionen des von der Esa 2006 gestarteten Exoplaneten-Such- und -Forschungsteleskops Corot und dem von der Nasa 2009 in den Orbit gebrachten Kepler ist das von der Schweiz entwickelte Cheops-Weltraumfernrohr nur ein Zwerg. Seine Länge beträgt 1,2 Meter, der Durchmesser 32 Zentimeter und die Masse 290 Kilogramm.

Die Schweiz hat dieses neue Fernrohr mithilfe von Kollegen aus Forschungsinstituten von zehn Ländern geplant und baut es. Dabei bringt sie eine typisch schweizerische Eigenschaft ins Spiel: klein, aber höchst präzise. Das wird in dem Akronym CHEOPS deutlich, steht es doch für „Characterising ExOPlanets Satellite“ zu deutsch: Satellit zur Charakterisierung von Exoplaneten.

Dass die Abkürzung auch den Namen der berühmtesten ägyptischen Pyramide ergibt, ist ein angenehmer Nebeneffekt, wie Professor Willy Benz, Physiker an der Universität Bern und Projektleiter, erklärt: „Als die Mission 2008 geplant wurde, war sie ein rein schweizerisches Projekt: Und deshalb musste zur Kennzeichnung CH – für Schweiz in den Namen.

Heute, als Esa-Mission mit elf beteiligten Ländern, steht diese Buchstabenkombination nur noch sekundär für unser Land und stattdessen für die besondere Aufgabe des Weltraumfernrohrs.“

Benz und sein Team wollen eine Nische der Exoplaneten-Forschung besetzen: „Wir wollen nicht, wie die bisherigen Teleskope Corot und Kepler hunderttausend Sterne beobachten, um neue Planeten zu entdecken. Cheops nimmt stattdessen einen Stern aufs Mal unter die Lupe und kann bei den interessantesten der bereits entdeckten Planeten ihre Grösse mit hoher Präzision messen. Damit ist es den anderen eine Nasenlänge voraus!“

Esa-Corot und Nasa-Kepler haben, so Benz, die Statistik geliefert (zurzeit 3664 entdeckte Welten) und die außerordentliche Vielfalt zwischen den Planeten und Planetensystemen gezeigt: „Wir wollen jetzt Planeten charakterisieren, herausfinden, woraus sie bestehen, welche Temperatur auf ihnen herrscht und damit, ob es Wasser auf ihnen gibt – mit den entsprechenden Konsequenzen.“

VIP-Planeten gesucht

Es gilt also, einen genauen Steckbrief ausgesuchter und interessantester Planeten zu erstellen, die von den Astronomen als „VIPs, Very Important Planets“ bezeichnet werden. Und Cheops hat den Vorteil, dass es sich bestimmte Planeten auswählen kann.

Doch wie wird man derer habhaft? Immerhin sind die rund 300 Milliarden Sterne unserer Galaxis Milliarden Kilometer von uns entfernt, weshalb als Entfernungsangabe das Lichtjahr genommen wird (1 Lichtjahr ist die Strecke von 9,5 Billionen Kilometer). So steht der uns nächste Stern Proxima Centauri in einer Distanz von 4,2 Lichtjahren; bei anderen unserer Sonne benachbarten Sternen wie Sirius, Vega oder Deneb sind es sogar Hunderte oder Tausende Lichtjahre. Hinzu kommt, dass Planeten kein eigenes Licht aussenden, sondern im reflektierten Sonnenlicht leuchten. Sie sind daher im Fernrohr nicht direkt zu sehen. Es ist etwa so, als wenn man versuchte, aus mehreren Kilometern Abstand ein Glühwürmchen neben einem Scheinwerfer zu erkennen oder den Kopf einer Stecknadel, die den Lichtkegel eines Filmscheinwerfers quert. Genau so ein Ereignis versucht die Transitmethode zu verfolgen. Sie beobachtet den Lichtabfall eines Sterns, der sich beim Vorbeiziehen des „dunklen“ Planeten vor seinem Zentralgestirn ergibt. Neben der Radialgeschwindigkeitsmessung (der Verschiebung der dunklen Linien im Sternspektrum) zählt sie zu den beiden erfolgreichsten Standardverfahren der Exoplaneten-Forschung: „Mit der Transitmethode kann man den Radius messen, also die Größe bestimmen“, erklärt Benz.

„Von vielen Planeten hat man schon die Masse ermittelt. Haben wir die, können wir Rückschlüsse auf die Dimensionen ihrer Atmosphäre ziehen und sagen, ob es ein Gesteinsplanet wie die Erde oder ein Gasriese wie Jupiter ist.“

Zweite Erde begehrt

Die detaillierte Exoplaneten-Untersuchung mit Cheops wird auf einer sonnensynchronen Umlaufbahn über die Pole in 700 Kilometer Höhe an der Tag- und Nachtgrenze (Terminator) erfolgen und soll 3,5 Jahre dauern.

Wie die vielen anderen Exoplaneten-Forscher hoffen auch Professor Benz und das Cheops-Team, dass sie vielleicht diejenigen sind, die als erste die Erde 2.0 entdecken – oder reichte es nicht schon aus, überhaupt einen Exoplaneten dingfest zu machen, der für Leben geeignet ist? Denn der Begriff „Leben“ muss ja nach unseren heutigen Erkenntnissen sehr weit gefasst werden. „Dieser Fokus auf einen Zwillingsplaneten der Erde ist wohl auch etwas überzogen“, stimmt Benz zu. „Man muss ,Leben‘ wirklich breiter fassen. Man weiß nur von der Erde mit Sicherheit, dass Leben auf diesem Typ von Planeten funktioniert, seine Entstehung und Evolution funktioniert hat. Ob es jetzt auf einem zweiten Planeten von Erdmasse der Fall ist: vielleicht, vielleicht nicht. Aber es ist klar, dass die interessanten Planeten relativ kleine Welten sind – viel kleiner als Jupiter. Was den Rest angeht, so werden wir sehen. Und das ist genau der Grund, weshalb wir die beschriebenen Untersuchungen mit Cheops vornehmen wollen – nämlich um eine Liste der besten Kandidaten für spätere spektroskopische Untersuchungen vorzubereiten.“

 

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