Raumfahrt CHEOPS - So erforscht man Exoplaneten

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Mit einem Tag Verspätung hat die Europäische Weltraumbehörde ESA ihr neues Teleskop „CHEOPS“ ins All geschickt. Wegen eines technischen Problems war der Start einen Tag zuvor abgebrochen worden.

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CHEOPS steht für CHaracterising ExOPlanet Satellite. CHEOPS soll Planeten untersuchen, die nicht um unsere Sonne kreisen, sondern um fremde Sonnen, weit draußen im All. Solche Exoplaneten wurden erstmals in den 90er Jahren entdeckt. Die Entdeckung des ersten Exoplaneten, der um eine Sonne kreist, die unserer ähnlich ist, wurde 2019 mit dem Nobelpreis gewürdigt. Er ging an zwei Schweizer Astronomen und die Schweiz ist auch Federführer des wissenschaftlichen Programms der CHEOPS-Sonde.

CHEOPS ist die 23. Mission der ESA mit einer Sputnik-Fregat-Rakete. (Foto: Pressestelle, ESA)
CHEOPS ist die 23. Mission der ESA mit einer Sputnik-Fregat-Rakete. Pressestelle ESA

Entdeckung von Exoplaneten über Transitmethode

Seit den 90er Jahren wurden über 4000 Exoplaneten entdeckt, die zu mehr als 3000 verschiedenen Sternsystemen gehören. Die am häufigsten angewandte Suchmethode ist die sogenannte Transitmethode: Ein Teleskop, das im All fliegt oder auf der Erde steht, beobachtet dabei über lange Zeit Sterne und hält danach Ausschau, ob sich einer von ihnen regelmäßig ein klein wenig verdunkelt.

Diese Messungen sind sehr schwierig, denn „Verdunkelung“ ist eigentlich nicht das passende Wort für den gesuchten Effekt. Die Lichtstärke des Sterns nimmt dabei nur um Bruchteile eines Prozents ab – für das menschliche Auge ist das absolut nicht zu erkennen. Für Raumsonden wie CHEOPS aber schon.

CHEOPS wird die Reise in den Weltraum gemeinsam mit einem Satelliten antreten, der zum italienischen Cosmo-SkyMed-Satellitenprogramm gehört.  (Foto: Pressestelle, ESA)
CHEOPS wird die Reise in den Weltraum gemeinsam mit einem Satelliten antreten, der zum italienischen Cosmo-SkyMed-Satellitenprogramm gehört. Pressestelle ESA

Nobelpreis für Schweizer Astronomen

Die regelmäßigen Verdunkelungen sind ein Hinweis darauf, dass ein Planet um den beobachteten Stern kreist und dabei regelmäßig einen kleinen Teil der Sternoberfläche verdeckt.

Planeten, die ganz nah und damit sehr schnell um ihren Stern kreisen, werden mit Hilfe dieser Transitmethode leichter entdeckt, weil ihre Umlaufzeit oft nur wenige Tage beträgt und die leichte Abschwächung des Sternlichts damit in kurzer Zeit sehr häufig zu beobachten ist.

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CHEOPS soll Exoplaneten genauer untersuchen

Die Raumsonde CHEOPS sucht aber keine neuen Exoplaneten, sondern wird bereits bekannte Exos genauer in den Blick nehmen. Sie kann deren Verdunkelungszeiten extrem genau bestimmen und sehr präzise Daten zur Größe der von ihr beobachteten Exoplaneten liefern. Darunter sind auch viele, die mit anderen Methoden als der Verdunkelungsmethode entdeckt wurden, und zu deren Größe bislang noch gar nichts bekannt ist.

Gasplanet oder Gesteinskugel?

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.

Die genauere Erforschung erdähnlicher Planeten steht im Fokus des CHEOPS-Weltraumteleskops. (Foto: Pressestelle, NASA)
Die genauere Erforschung erdähnlicher Planeten steht im Fokus des CHEOPS-Weltraumteleskops. Pressestelle NASA

Forscher rätseln über Entstehung von Supererden


Die Forscher rätseln momentan auch noch darüber, wie sogenannte Supererden entstehen. Das sind Gesteinsplaneten von der mehrfachen Größe der Erde. Eine Hypothese ist, dass es sich bei ihnen um Reste von Gas-Riesenplaneten handelt, denen ihr Stern durch seine Strahlung sämtliches Gas entrissen hat und von denen nur ihr Gesteinskern übriggeblieben ist.

Ob dies die richtige Erklärung für die Entstehung der Supererden ist, kann CHEOPS herausfinden – und möglicherweise auch, ob durch den Zerfall von Supererden kleinere Gesteinsplaneten entstehen.

Aufregende Perspektiven also für die Planetenforschung und auch der nächste Schritt bei der Suche nach Exo-Objekten könnte mit CHEOPS gelingen: Die Lichtsensoren von CHEOPS sind so empfindlich, dass sich auch die schwachen Verdunkelungen, die von Exo-Monden oder Exo-Ringen verursacht werden, registrieren könnten.

Das Weltraumteleskop CHEOPS wurde am Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern entwickelt, zusammengebaut und getestet.  (Foto: Pressestelle, NASA)
Das Weltraumteleskop CHEOPS wurde am Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern entwickelt, zusammengebaut und getestet. Pressestelle NASA
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