Ein Beitrag von Thomas Hofstätter. Quelle: NASA/JPL.

Möglich wurden die Beobachtungen nur aufgrund des feinfühligen Infrarotsensors des Spitzer-Weltraumteleskops (vor Ausgehen des Kühlmittels), das den Hintergrund der Milchstraße abbilden kann. Die entstehenden Sterne erzeugen daher Schatten auf den Aufnahmen. Darin lassen sich Form und Größe der Entstehungsregion ausmachen. Eine Neuerung hierbei ist, dass die Aufnahmen nicht mehr im langwelligen Infrarotbereich gemacht wurden. Daher war eine höhere Auflösung der Bilder möglich.

Eine große Frage, die derzeit die Wissenschaft beschäftigt, ist, wie sich Doppelsternsysteme bilden. Generell stehen der Wissenschaft derzeit zwei Varianten zur Verfügung:

• Beide Sterne entstehen aus separaten Gaswolken, also aus zwei verschiedenen Kernen.
• Die Sterne entstehen gemeinsam in einer Gaswolke und umkreisen sich in kurzer Entfernung.

Wissenschaftler nehmen derzeit an, dass beide Varianten in der Milchstraße vorkommen. Großräumigere Doppelsternsysteme entstehen demnach aus separaten Gaswolken, engere aus einer großen Gaswolke. Untersuchungen von NASAs Spitzer-Weltraumteleskop betrafen kürzlich in der Entstehung befindliche Systeme von Doppelsternen. Dabei kann im Infraroten der dichte Bereich der Gaswolke beobachtet werden, in dem sich die Sterne entwickeln. Dabei wurden bei allen 20 Sternen asymmetrische Formen festgestellt, die auf Doppelsternsysteme hinweisen.
Frühere Computersimulationen zeigten, dass bei solchen Formen Doppelsternsysteme entstehen. Direkte Beobachtungen oder Beweise gab es dafür bis jetzt aber nicht. Die jetzt vorliegenden Beobachtungen hatten eigentlich nicht das Ziel, dieses Szenario zu beweisen. Das Team der Wissenschaftler war daher überrascht, nur asymmetrische Formen von Materieverdichtungen zu finden. Weitere Untersuchungen mit Radioteleskopen laufen gerade und werden demnächst Ergebnisse liefern.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL.

Mars Odyssey umkreist den Mars innerhalb von 90 Minuten in einer über die beiden Pole führenden Orbitalbahn in einer Höhe von etwa 350 Kilometern. Da der Planet innerhalb dieser 90 Minuten unter der Sonde rotiert, ist es Mars Odyssey möglich, jeden einzelnen Punkt der Oberfläche zu überfliegen und dabei wissenschaftlich zu untersuchen. Der neu eingenommene Orbit um unseren äußeren Nachbarplaneten war von einer von der NASA zusammengestellten Expertengruppe empfohlen worden, um so die wissenschaftliche Datenausbeute dieser Mission zu maximieren. Die Orbitverschiebung von Mars Odyssey wurde am 30. September 2008 mit einer sechsminütigen Inbetriebnahme der Triebwerke eingeleitet und mit einer erneuten Zündung über 5,5 Minuten am 9. Juni 2009 erfolgreich abgeschlossen.

Die bereits vor zwei Wochen abgeschlossene Änderung der Umlaufbahn um den Mars liegt darin begründet, dass Mars Odyssey die Oberfläche des Planeten jetzt zu einem früheren Zeitpunkt überfliegt und dadurch dem Thermal Emission Imaging System (THEMIS), einem der Instrumente an Bord der Raumsonde, bessere Arbeitsbedingungen geboten werden. „Der Orbiter ist nun jeweils direkt über einer bestimmten Region, wenn es dort etwa 15.45 Uhr Ortszeit ist. Zuvor war es 17.00 Uhr“, erläutert Jeffrey Plaut, einer der Missionswissenschaftler des JPL. Aus diesen früheren Überflugszeiten erhoffen sich die an der Mission beteiligten Wissenschaftler weiterführende Erkenntnisse über die mineralogische Zusammensetzung der Marsoberfläche. „Der Marsboden wird jetzt wärmer sein und für die Infrarotsensoren gibt es demzufolge mehr zu erkennen.“

Die hierfür erforderlichen Daten werden vom THEMIS-Instrument der Sonde geliefert. Bei diesem Instrument handelt es sich um eine Kamera, welche den Mars sowohl in den Bereichen des sichtbaren Lichts als auch der Infrarotstrahlung abbildet. Mit Hilfe der gewonnenen Bilder ist es möglich, die Verteilung von Mineralien auf der Marsoberfläche zu analysieren. Lediglich in den ersten sechs Monaten der Mission nahm der Orbiter eine für das THEMIS-Instrument vergleichbar günstige Position ein. In diesem Zeitraum gelangen den beteiligten Wissenschaftlern mehrere bedeutende Entdeckungen. Zum Beispiel konnten Salzablagerungen detektiert werden, welche in der Folgezeit als Verdunstungsrückstände von einst vorhandenem Wasser interpretiert wurden.

Im weiteren Missionsverlauf stellte der Orbit von Mars Odyssey dann lediglich einen Kompromiss zwischen den Anforderungen von THEMIS und denen anderer Instrumente an Bord der Sonde dar. „Dank des neuen Orbits können wir jetzt exakt die detaillierten Untersuchungen auf der restlichen Oberfläche des Mars durchführen, welche wir bisher für nur 10 bis 20 Prozent des Planeten im Laufe der ersten sechs Monate der Mission durchführen konnten“, so Philip Christensen von der Arizona State University, der für das THEMIS-Instrument verantwortliche Wissenschaftler.

Leider wird die jetzt erlangte bessere Sicht auf die Planetenoberfläche allerdings auch ihren Tribut fordern. Eines der restlichen Instrumente des Orbiters, das Gammastrahlen-Spektrometer (GRS), wird aller Voraussicht nach nicht länger voll funktionsfähig sein. Sehr wahrscheinlich wird durch die Neuausrichtung von Mars Odyssey eine wichtige Komponente des Gammastrahlen-Detektors infolge der dauerhaften Sonneneinstrahlung überhitzt werden. Mit diesem Instrument gelang in der Vergangenheit der Nachweis von großen Mengen an Wassereis direkt unter der Oberfläche des Planeten. Weitere wichtige Erkenntnisse waren der Nachweis verschiedener chemischer Elemente, zum Beispiel von Eisen, Silizium und Kalium. Das Neutronen-Spektrometer und der Hochenergie-Neutronen-Detektor, die beiden anderen Komponenten des GRS, sollten dagegen auch weiterhin ohne Probleme aktiv sein.

Weitere Auswirkungen betreffen die aktuellen und zukünftigen Rover-Missionen auf der Oberfläche des Mars. Mars Odyssey wird als Haupt-Relaisstation für den Datentransfer mit dem beiden aktiven Rovern Spirit und Opportunity genutzt. Da der Überflug über den Gusev-Krater und die Meridiani-Ebene, den Operationsgebieten dieser beiden Rover, jetzt um über eine Stunde früher erfolgt, verkürzen sich die Zeitfenster für den Transfer von gewonnenen Daten und zu übermittelnden Kommandos entsprechend. Der neue Orbit, so das JPL, ist allerdings auch dazu geeignet, um Mars Odyssey ab dem Jahr 2012 als Relaisstation für den voraussichtlich im Herbst 2011 startenden Marsrover Curiosity, bisher bekannt als Mars Science Laboratory, zu nutzen.

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Ein Beitrag von Daniel Schiller. Quelle: DoD.

Um 4:26 MEZ am 21. Februar 2008 wurde eine SM-3-Rakete (Standard Missile 3) von der USS Lake Erie im Pazifik abgefeuert. Nach drei Minuten traf der Gefechtskop in 247 km Höhe den Satelliten. Innerhalb von 24 Stunden sollte bekannt sein, ob der Hyrazintank des Satelliten getroffen wurde, so dass keine Gefahr besteht, dass dieser Tank mit ca. 500 kg hoch gifitgem Hydrazin auf die Erde fallen könnte. Die meisten Trümmer des Satelliten sollten innerhalb von 48 Stunden in die Atmosphäre eintreten. Vereinzelte Reste sollten maximal 40 Tage im Orbit bleiben.

Die verwendete SM-3-Rakete ist eine dreistufige taktische Abfangrakete gegen ballistische Raketen und Teil des Navy Theater Missile Defense Programms. Für diese Mission wurde die Software aktualisiert, um den Satelliten erkennen zu können, da dieser kälter und schneller als typische Ziele war. Normalerweise ist die Software auf das Erkennen und Verfolgen ballistischer Raketen optimiert. Der Gefechtskopf selbst ist manövrierbar und beinhaltet keinen Sprengkopf. Das Ziel wird durch eine Kollision (hit to kill) zerstört. Bis die Infrarotsensoren des Gefechtskopfs das Ziel auffassen und selbständig verfolgen können, wird die Rakete vom Boden aus geleitet.

Für die Abfangmission wurden drei Kriegsschiffe in den Pazifik beordert, die USS Lake Erie, USS Decatur und USS Russel. Falls der erste Versuch fehlgeschlagen wäre, hätten die Schiffe noch bis zum 29. Februar Zeit für weitere Abfangversuche gehabt.

Der Abschuss führte zu einer Kontroverse über die wahren Motive und zu internationalen Spannungen v.a. mit China. China hatte vor über einem Jahr selbst einen Satelliten abgeschossen und dabei eine große Trümmerwolke in höheren Orbits erzeugt, welche noch auf Jahre hinaus überwacht werden muss, da sie eine Gefahr für Satelliten und Raumschiffe darstellt. Der damalige Abschuss war auch von den USA heftig kritisiert worden. Von den USA wurden diesmal hauptsächlich Sicherheitsgründe angeführt, um die Gefahr durch das hochgiftige Hyrazin zu reduzieren, da immer wieder große Bauteile einen Wiedereintritt überstehen und am Boden aufschlagen können. Weitere Vermutungen gingen in die Richtung, dass der Abschuss ein willkommener Testfall sein könnte und dass man sicherheitsrelevante Technologie des Aufklärungssatelliten vor einem unerwünschtem Zugriff am Boden schützen wollte.

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Autor: Martin Ollrom. Vertont von Dominik Mayer.

Aura ist ebenso ein Allroundobservatorium wie ENVISAT. Ihm wird nichts verborgen bleiben. Es untersucht die Atmosphäre, Oberfläche, Wolkenbildung, Klima und zu guter letzt die Einflüsse der Sonne auf unseren Heimatplaneten. Weitere wichtige Punkte sind die Untersuchung der Ozonschicht und der Ozeane. Die Atmosphäre wird in untere- und obere Atmosphäre unterteilt. So erhofft man sich präzisere Messungen für einen bestimmten Bereich der Atmosphäre. Aura ist das dritte große Erdobservatorium im sogenannten Earth observing satellites-Programm der NASA (erstes war die Sonde Terra und zweites war Aqua).

Das Erdobservatorium wird nicht vom JPL betreut, sondern vom NASA Goddard Space Flight Center. Es ist geplant, dass dieses Observatorium mehr als vier Jahre lang in Betrieb sein wird. Die Auswertung der Daten wird einige Jahre länger in Anspruch nehmen. Zugleich sind auch Software-Updates geplant um das Observatorium der Entwicklung anzupassen, wo dies halt möglich ist.

Die Instrumente
Aura hat vergleichsweise wenig Geräte an Bord. Im Vergleich zur Saturn-Sonde Cassini die elf Geräte hat, hat Aura nur vier Geräte, die dafür mit neuester Technik und leistungsfähig. Die vier Geräte werden jetzt einzeln vorgestellt und deren Ziele erläutert:

• High Resolution Dynamics Limb Sounder (HIRDLS)
  Dieses Gerät untersucht die Erde im infraroten Bereich und ist dafür gebaut worden, die Temperatur sowohl der Atmosphäre als auch die der Ozeane zu untersuchen. Des weiteren wird der Ozongehalt gemessen. Für den Wasseranteil (H₂O) in der Atmosphäre ist dieses Gerät ebenfalls zuständig. Außerdem werden noch kleinere Zusammensetzungen in der Atmosphäre untersucht und beobachtet.
• Microwave Limb Sounder (MLS)
  Dieses Gerät soll den Wissenschaftlern den Prozess des Treibhauses, des Wasserkreislaufes und der gesamten Natur der Erde besser erklären. Angefangen von der oberen Stratosphäre bis zur Oberfläche wird alles untersucht, was zum Verständnis der Umwelt beitragen könnte. Auch dieses Gerät wird sich Ozon besonders zur Brust nehmen.

• OMI — Ozone Monitoring Instrument
  Wie der Name schon vermuten lässt, spezialisiert sich dieses Gerät auf die Ozon. Dies ist auch sehr wichtig, da es die Eismassen auf der Antarktis weiter untersuchen und beobachten wird. So kann es präziser für Eisbergwarnungen benutzt werden. Weiters wird auch bei diesen Instrument das Ozon im Zusammenspiel mit dem Wasser in der Atmosphäre untersucht. Es soll die Untesuchungen, die bereits 1970 mit Satelliten begannen, fortführen, um so ein Modell erstellen zu können, das den Ozonverlauf der letzten 35 Jahre darstellen kann.
• Tropospheric Emission Spectrometer (TES)
  Wie der Name dieses Gerätes erahnen lässt, ist dieses Gerät für die oberen Schichten unserer Atmosphäre zuständig. Es ist eine hochleistungsfähige Infrarotkamera. Dieses Gerät wird den CO₂-Gehalt in unserer Atmosphäre messen und den Treibhauseffekt überprüfen und beobachten.

Dies sind alle Geräte, mit denen Aura ausgestattet ist. Scheinbar ist der NASA und Amerika nun das Ozonproblem endlich doch zu drückend geworden und nimmt sich dessen an. Wie man sieht, ist jedes Gerät auch für Ozonbeobachtung ausgelegt worden, jedes in verschiedener Art und Weise. Aura hätte bereits im Juni starten sollen, doch der Start wurde in den Juli verschoben, wo es auch nicht gleich klappte.

Nun ist Aura endlich am 15. Juli gestartet. An Bord einer Boeing Delta 2 Rakete hob es von der Vandenberg Air Force Basis ab. Rund eine Stunde nachdem Start setzte der Träger Aura in einem Orbit in 750 Kilometern Höhe aus. Alle hoffen auf eine lange und erfolgreiche Mission.

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Ein Beitrag von Michael Stein.

Das Vorhaben klingt zunächst fantastisch: Ein noch zu entwickelndes Instrument soll in einem Radius von bis zu 300 Lichtjahren um unser Sonnensystem herum mit Hilfe des europäischen Very Large Telescope (VLT) in Chile Jupiter-ähnliche Planeten entdecken können. Anders als bei bisherigen Verfahren sollen damit auch und vor allem Planeten entdeckt werden können, die weit von ihrem Zentralgestirn entfernt ihre Kreise (oder genauer: Ellipsen) drehen. Bei CHEOPS geht es jedoch nicht nur um die bloße Entdeckung von extrasolaren Planeten, gleichzeitig sollen auch einzelne Bestandteile der Planetenatmosphäre identifiziert werden (was bisher noch nie gelungen ist) – und das nicht mit Hilfe eines Satelliten, sondern von der Erdoberfläche aus!

Das in Heidelberg ansässige MPIA wird in einem ersten Schritt zusammen mit weiteren zehn Instituten aus fünf europäischen Ländern zunächst eine Machbarkeitsstudie durchführen, die im Ergebnis nachweisen soll, dass ein derartig verwegenes Vorhaben mit Aussicht auf Erfolg in reale Technologie umgesetzt werden kann – denn „ideas are cheap“, wie es Dr. Jakob Staude vom MPIA im Gespräch mit Raumfahrer.net formulierte. Die Aussichten auf eine anschließende Realisierung von CHEOPS sind nicht schlecht, da für das Projekt Kosten in der vergleichsweise geringen Höhe von sieben Millionen Euro vorgesehen sind – angesichts der dreistelligen Millionenbeträge, die für satellitengestützte Forschungsmissionen mit derselben Zielrichtung einzukalkulieren sind (wie die ESA-Mission DARWIN oder der Terrestrial Planet Finder der NASA), ist das Kosten-Nutzen-Verhältnis von CHEOPS nur schwer zu schlagen.

Bis in fünf oder sechs Jahren vielleicht tatsächlich von den ersten Entdeckungen CHEOPS zu berichten sein wird, müssen die Wissenschaftler und Ingenieure der beteiligten Institute noch einige Klippen meistern. Zunächst einmal wird CHEOPS auf die Hilfe der leistungsfähigsten Großteleskope angewiesen sein, die die Europäische Südsternwarte in Chile zu bieten hat: Einer der vier gigantischen, 8,2 Meter durchmessenden Spiegel des Very Large Telescope (VLT) wird das Licht der Sterne unserer kosmischen Nachbarschaft auffangen und sammeln.

Vom MPIA wird für CHEOPS ein neues, sogenanntes „Adaptives Optiksystem“ entwickelt, um die Störungen, die das Sternenlicht auf dem Weg durch unsere Atmosphäre aufgrund der allgegenwärtigen Luftturbulenzen erfährt, zum größten Teil auszugleichen; das bei den Auswertungsinstrumenten von CHEOPS ankommende Sternenlicht wird dann beinahe so ruhig und unverzerrt sein, als ob das Teleskop auf einem Satelliten außerhalb der Erdatmosphäre platziert wäre! Da aufgrund der enormen kosmischen Entfernungen die Abstände zwischen den Sternen und den gesuchten Planeten extrem gering sind (weniger als eine Winkelsekunde) und darüber hinaus die Planeten von ihren jeweiligen Zentralgestirnen mit bis zu einhundertmillionenfacher Helligkeit (!) überstrahlt werden, ist eine derartig präzise Abbildung notwendig, um die Suche mit Aussicht auf Erfolg aufnehmen zu können.

Doch das ist nur der erste Schritt: Danach steht die schwierige Aufgabe an, festzustellen, ob das vom Teleskop eingefangene Sternenlicht „reiner“ Natur oder aber die gesuchte Mélange ist – eine Mélange, bestehend aus einem großen Teil reinen Sternenlichts und ein wenig Licht, das von einem fremden Planeten reflektiert worden ist, bevor es den weiten Weg zur Erde antrat. Glücklicherweise ist Licht nicht gleich Licht – zumindest dann nicht, wenn man es mit den richtigen Instrumenten betrachtet. Der Name des Projekts, CHEOPS, ist eine Abkürzung für „Charakterisierung Extrasolarer Planeten durch Opto-infrarote Polarimetrie und Spektroskopie“ und verrät damit schon, wo die Wissenschaftler ansetzen werden, um das von extrasolaren Planeten reflektierte Licht vom dem ihrer Heimatsonnen zu unterscheiden: Die verschiedenartige Polarisation und das unterschiedliche Spektrum sind die Schlüssel für das Auffinden extrasolarer Planeten.

Das direkt von dem beobachteten Stern zu uns gelangte Licht ist nicht polarisiert, während das von einem Planeten zurückgestrahlte Licht eine Polarisation aufweist. Von der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich soll für CHEOPS ein so genannter differentieller Polariemeter entworfen werden, der in der Lage sein wird, die einzelnen Photonen des vom Teleskop aufgefangenen Sternenlichts nach ihrer Polarisation zu sortieren. Auch das Spektrum des Sternenlichts, das von einem extrasolaren Planeten reflektiert worden ist, unterscheidet sich deutlich von dem Sternenlicht, das ohne Umwege den Weg zum Teleskop gefunden hat, und bietet sich damit ebenfalls als Unterscheidungsmerkmal an. Hierfür wird das Observatorium von Padua einen Spektrometer liefern, der diese Aufgabe bewältigen soll.

Das Ziel dieser enormen Anstrengungen sollen dann Abbildungen von Planeten sein, die um fremde Sonnen kreisen. Die Wissenschaftler halten es aufgrund der bisher angestellten Berechnungen für realistisch, mit Hilfe von CHEOPS Planeten bis zu einer Entfernung von etwa 50 Lichtjahren entdecken zu können. Bei relativ jungen Sternensystemen, deren Planeten aufgrund ihres geringen Alters noch vergleichsweise heiß sind und wegen ihrer damit einhergehenden intensiveren Infrarotemissionen leichter entdeckt werden können, hofft man sogar noch bis in eine Entfernung von 300 Lichtjahren Planeten ausmachen zu können!

Die bisher gut einhundert entdeckten Planeten außerhalb unseres Sonnensystems sind alle mit indirekten Verfahren gefunden worden: Sie verrieten sich, weil sie entweder von der Erde aus gesehen direkt vor ihrem Zentralgestirn entlangwanderten und dadurch die sichtbare Helligkeit des Sterns um einen winzigen Faktor reduzierten, oder weil sie aufgrund ihrer eigenen Schwerkraft während des Umlaufs um ihren Zentralstern diesen leicht hin- und herschwanken ließen – natürlich wieder nur in extrem geringem Maße, aber genug, um mit der heutigen, unsere Vorstellungskraft beinahe übersteigenden Technologie moderner Observatorien registriert zu werden.

Mit CHEOPS hingegen werden extrasolare Planeten erstmals auf direktem Wege entdeckt werden können. Vor allem ist es dabei nicht notwendig, dass die Planeten sehr nahe um ihren Heimatstern kreisen (ganz im Gegenteil) – und da bei der Suche nach Planeten außerhalb unseres Sonnensystem unausgesprochen immer auch die Suche nach anderen Lebensformen im Hintergrund steht, ist ein fremdes „Sonnensystem“, dessen Planeten in gebührendem Abstand um ihren Zentralstern kreisen, natürlich interessant.

Vollends faszinierend wird der Ansatz von CHEOPS dadurch, dass erstmals auch spektrale Informationen über die Atmosphäre extrasolarer Planeten gewonnen werden sollen. Damit eröffnet sich die Möglichkeit, nach einzelnen chemischen Elementen in der Atmosphäre fremder Planeten zu suchen – „und man wird vor allem nach freiem Sauerstoff suchen“, sagte Dr. Staude gegenüber Raumfahrer.net. Warum gerade nach diesem Element? Dass ungebundener Sauerstoff für die Forscher so interessant ist, liegt daran, dass es sich dabei um ein äußerst reaktionsfreudiges chemisches Element handelt, erläuterte Dr. Staude weiter; freier Sauerstoff bleibt also nie lange alleine, da er in kurzer Zeit Verbindungen mit anderen Elementen eingehen wird (wie beispielsweise beim Eisen, und das Ergebnis dieser Verbindung kennen wir alle: Rost). Wenn also CHEOPS Spuren von freiem Sauerstoff bei der spektralen Analyse von Sternenlicht finden sollte, das zuvor von einem extrasolaren Planeten reflektiert worden ist und damit gewissermaßen den „Stempel“ der Atmosphäre dieses Planeten aufgedrückt bekommen hat, dann würde dies, dann muss dies bedeuten, dass dort ständig neuer Sauerstoff gebildet wird – ansonsten würde er in ungebundener Form aus dem zuvor geschilderten Grund nicht vorkommen.

Diese Bedingung gilt natürlich auch für die Erdatmosphäre. Wir wissen alle, wodurch auf unserem Planeten ständig neuer ungebundener Sauerstoff gebildet wird: Er wird als Nebenprodukt der pflanzlichen Photosynthese immer wieder neu erzeugt. Das Vorhandensein von freiem Sauerstoff in der Atmosphäre ist also ein starkes Indiz für pflanzliches Leben, wie wir es kennen.

Das wäre dann wohl das spektakulärste Ergebnis, das sich die Wissenschaftler von CHEOPS erhoffen können – einen Hinweis auf einen fremden Planeten, dessen Atmosphäre durch lebende Organismen mit Sauerstoff angereichert wird, einen Hinweis auf Leben außerhalb unserer Erde, ein Indiz das besagt: Ihr seid nicht allein.

Verwandte Webseiten:

• Max-Planck-Institut für Astronomie
• Europäische Südsternwarte ESO (englisch)

Der Beitrag CHEOPS auf Planetenjagd erschien zuerst auf Raumfahrer.net.