CHEOPS und der Transit der Sternenbegleiter

CHEOPS ist die erste von drei Missionen der ESA, die ab Herbst 2019 die Erforschung von Exoplaneten in den Blick nimmt. Das Weltraumteleskop des Satelliten soll die Größe und Beschaffenheit mehrerer hundert extrasolarer Himmelskörper untersuchen. Forscher hoffen auf Antworten zur Entstehung des Sonnensystems. Erstmals übernimmt die Schweiz eine führende Rolle bei einer wissenschaftlichen ESA Mission. Eine Information der Europäischen Raumfahrtagentur (European Space Agency, ESA).

Quelle: ESA.

Künstlerische Darstellung von Cheops und einem Exoplanetensystem
(Bild: ESA / ATG medialab)
Künstlerische Darstellung von Cheops und
einem Exoplanetensystem
(Bild: ESA / ATG medialab)

Cheops hieß der altägyptische König und Erbauer der Pyramiden von Gizeh, über dessen Person bis heute wenig bekannt ist. CHEOPS hat auch die ESA ihre Mission genannt, die den Geheimnissen der bisher kaum erforschten Exoplaneten auf die Spur kommen soll. Die Abkürzung steht für CHaracterising ExOPlanet Satellite. CHEOPS soll helfen, „die Puzzleteile zusammenzufügen“, beschreibt Projekt-Wissenschaftlerin Kate Isaak vom Science Support Office am ESA-Standort ESTEC die Aufgabe des neuen europäischen Planetenjägers. Das hochpräzise Weltraumteleskop wird die helleren Sterne in der Umgebung der Erde unter die Lupe nehmen, von denen bereits bekannt ist, dass sie Exoplaneten beherbergen. Die extrasolaren Himmelskörper umkreisen ihren Zentralstern wie die Erde die Sonne. Ihre genaue Zahl ist nicht bekannt. Obwohl die Sternenbegleiter schwer zu entdecken sind, konnten bisher über 4.000 Exoplaneten nachgewiesen werden. Einige davon sind riesig wie der Jupiter, andere ähnlich klein wie die Erde. Sie bestehen aus Gas, Eis oder Gestein und auf manchen, vermuten Forscher, könnte sogar flüssiges Wasser vorkommen.

Untersuchung von Exoplaneten während des Transits vor ihrem Zentralstern
(Bild: ESA)
Untersuchung von Exoplaneten während
des Transits vor ihrem Zentralstern
(Bild: ESA)

Rückschlüsse auf Größe und Beschaffenheit
Die Sternenbegleiter zu charakterisieren und genauer zu untersuchen, ist Ziel von CHEOPS. Mehrere hundert bekannte und vielversprechende Exemplare hat eine internationale Wissenschaftsgemeinde für die Mission ausgewählt. Das von mehreren ESA-Mitgliedsstaaten entwickelte Teleskop soll die Passage, den so genannten Transit der Exoplaneten vor ihren Zentralsternen beobachten. CHEOPS wird das Hauptaugenmerk auf kleinere Planeten von der Größe zwischen Erde und Neptun legen. Mit einer Öffnung von 32 Zentimetern und 1,2 Metern Länge kann das hochpräzise Instrument Helligkeitsänderungen bis zu 20 ppm, also 20 Teile in einer Million, nachweisen. Diese Präzision ist erforderlich, um die Größe erdähnlicher Planeten, die helle, sonnenähnliche Sterne in der Nachbarschaft unseres Sonnensystems umkreisen, genau bestimmen zu können. Im Zusammenspiel mit Daten zur Bestimmung der Masse erhoffen sich die Wissenschaftler Auskunft über ihre Dichte und damit Beschaffenheit und Struktur. CHEOPS und seine Folgemissionen, erklärt Günther Hasinger, ESA Direktor für Wissenschaft, sollen Einblick geben in die Entstehung- und Entwicklungsgeschichte der Exoplaneten und letztlich auf die Frage: Gibt es außerirdische Lebensformen?

Missionen zur Suche nach und Untersuchung von Exoplaneten
(Bild: ESA)
Missionen zur Suche nach und
Untersuchung von Exoplaneten
(Bild: ESA)

Drei Missionen geplant
Der Start von CHEOPS ist zwischen Oktober und November 2019 vom Weltraumbahnhof in Kourou, Französisch-Guyana geplant. Dreieinhalb Jahre wird der etwa 300 Kilogramm schwere Satellit die Erde in 700 Kilometern Höhe umkreisen. Es ist die erste von insgesamt drei ESA Exoplaneten-Missionen: 2026 soll PLATO folgen, 2028 der Satellit ARIEL. PLATO soll neue Exoplaneten entdecken, ARIEL deren Atmosphären untersuchen.

Zu CHEOPS beitragende Länder
(Bild: ESA)
Zu CHEOPS beitragende Länder
(Bild: ESA)

Die Schweiz ist federführend beteiligt
CHEOPS ist eine kleinere, so genannte S-Class-Mission der ESA. Das ESA Budget liegt bei rund 50 Millionen Euro. Das Konzept setzt auf bereits erprobte Satelliten-Infrastruktur und Missionstechnik. Bei dieser Mission, betont Kate Isaak, übernimmt die Schweiz eine führende Rolle. „Es ist die erste wissenschaftliche ESA-Mission dieser Art“. Die ESA kooperiert dabei mit der Schweiz und einem Konsortium aus zehn weiteren Mitgliedsstaaten, das von der Universität Bern geführt wird.

Gebaut wurde der CHEOPS-Satellit von Airbus Defence and Space in Spanien. Sechs der elf Mitgliedsstaaten des Konsortiums, darunter die Schweiz, Deutschland, Belgien, Österreich, Italien und Ungarn, waren am Bau des Teleskops beteiligt. Das Science Operations Center, das wissenschaftliche Zentrum, ist an der Universität Genf in der Schweiz angesiedelt. CHEOPS wird von Kourou aus an Bord einer Sojus-Rakete von Arianespace gestartet. Airbus Defence and Space ist, mit Bodenstationen-Unterstützung des Europäischen Satelliten Kontrollzentrum ESOC in Darmstadt, verantwortlich für die „Launch and Early Operations Phase“ (LEOP). Der weitere Missionsbetrieb wird vom spanischen Nationalen Institut für Luft- und Raumfahrttechnik (INTA) nahe Madrid gesteuert.

Kinderzeichnungen
(Bild: ESA / Universität Bern)
Kinderzeichnungen
(Bild: ESA / Universität Bern)

Hochautomatisiert
Ein hoher Grad an Autonomie kommt bei der Bordtechnik, dem Abruf der wissenschaftlichen Daten und der Satellitensteuerung zum Einsatz. „CHEOPS muss nicht pausenlos in einer 24-Stunden-Überwachung an die Hand genommen werden“, betont ESA Direktor Günther Hasinger. 80 Prozent der Beobachtungszeit werden für Wissenschaftler des CHEOPS-Konsortiums reserviert, 20 Prozent sind nach der Open-Data-Politik der ESA für Forscher weltweit zugänglich, ergänzt Kate Isaak, die für das wissenschaftliche Gäste-Programm zuständig ist.

Kinderzeichnungen an Bord
Cheops hat übrigens noch eine besondere Fracht an Bord. 2015 riefen die Universität Bern und ESA zu einem Wettbewerb auf: Kinder sollten ihre Zeichnungen zum Thema Weltraum und Cheops einreichen. Von den über 8.000 Beiträgen wurden 2.700 ausgewählt. Tausendfach verkleinert gravierten Mitarbeiter der Uni Bern die Bilder auf zwei Titanplatten. Mit CHEOPS werden also nicht nur das Teleskop, sondern auch die Zeichnungen der Kinder in den Erdorbit fliegen.

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