Quelle: Universität Bern 9. November 2023.

9. November 2023 – Als am 21. Juli 1969 Buzz Aldrin als zweiter Mann aus der Mondlandefähre stieg, entrollte er als erstes das Berner Sonnenwindsegel und steckte es in den Boden des Mondes. Dieses Solarwind Composition Experiment (SWC), welches von Professor Johannes Geiss und seinem Team am Physikalischen Institut der Universität Bern geplant, gebaut und ausgewertet wurde, war ein erster grosser Höhepunkt in der Geschichte der Berner Weltraumforschung.

Bereits im Jahr 2027 wird mit LIMS (Laser Ablations Ionisations Massen Spektrometer) erneut ein Instrument der Universität Bern mit der NASA zum Mond fliegen, dieses Mal als Teil einer zukünftigen NASA CLPS-Mondlieferung. Die Finanzierung von LIMS wird von der Europäischen Weltraumorganisation ESA im Rahmen des PRODEX-Programms (siehe Infobox) gewährt. Die NASA arbeitet mit mehreren amerikanischen Unternehmen zusammen, um im Rahmen ihrer CLPS-Initiative wissenschaftliche und technologische Nutzlasten auf die Mondoberfläche zu bringen.

Peter Wurz, Professor für Astrophysik an der Universität Bern und Projektleiter für LIMS, erklärt: «Wir sind sehr stolz, an der CLPS-Initiative der NASA beteiligt zu sein und dass unser Massenspektrometer für die chemische Untersuchung von Mondgestein zum Einsatz kommen wird.»

Hochempfindliches Instrument für Messungen auf der Mondoberfläche
LIMS ist ein leistungsfähiges Instrument für die Untersuchung von Proben unterschiedlichster Art, was den wissenschaftlichen Zielen auf dem Mond entspricht. Andreas Riedo, leitender Projektmanager von LIMS von der Abteilung Weltraumforschung und Planetologie WP des Physikalischen Instituts, erklärt: «LIMS verwendet hierbei ein gepulstes Lasersystem. Die Laserpulse werden durch das Instrument hindurch fokussiert und auf eine wissenschaftlich interessante Probe gerichtet, die wir untersuchen wollen.» Mit jedem Laserpuls werde eine kleine Schicht der Probe abgelöst und ein Teil des abgelösten Materials positiv geladen. «Diese positiv geladenen Teilchen werden zurück ins System geschickt, wo die chemische Zusammensetzung gemessen wird. Das heisst, wir messen die chemischen Elemente und deren Isotope, die uns dann unter anderem erlauben, die chemischen und physikalischen Prozesse auf dem Mond zu verstehen», so Andreas Riedo weiter.

LIMS wird auf einer Mondlandeplattform eines CLPS-Anbieters installiert werden, die einer Reihe von Instrumenten für die Erforschung des Mondes und für Technologiedemonstrationen Platz bieten wird. Die Landung in der südlichen Polarregion des Mondes wird es LIMS ermöglichen, stationäre Messungen vor Ort durchzuführen. Andreas Riedo erklärt: «Diese Region ist besonders interessant, weil dort gewisse Elemente vorkommen, deren Isotope es uns erlauben, eine Altersbestimmung des Materials zu machen und damit den Zeitpunkt geologischer Prozesse zu datieren. So können wir viele Information vor Ort sammeln, die man sonst nur in Laboratorien auf der Erde hätte generieren können.»

Andreas Riedo fügt hinzu: «Ausserdem hat vor uns noch niemand diese Messtechnik bei einer Weltraummission verwendet. Wir werden nicht nur die ersten sein, sondern auch eine beträchtliche Menge an technischen Informationen über unser System erhalten. Damit können wir das System für andere wissenschaftliche Fragestellungen und andere Missionen optimieren, ähnlich wie wir es bereits mit dem Sonnenwind-Experiment der Universität Bern gemacht haben, das sowohl bei den Apollo-Missionen als auch bei der Messung von lokalem interstellarem Gas zum Einsatz kam.» Wie Andreas Riedo betont, könnte das LIMS-Instrument langfristig auch für künftige Raumfahrtmissionen zur Erkennung von Leben verwendet werden, zum Beispiel in der Venusatmosphäre, auf dem Mars und bei den Eismonden von Jupiter und Saturn.

Enge Zusammenarbeit mit der Industrie
In den Laboratorien der Abteilung Weltraumforschung und Planetologie WP am Physikalischen Institut der Universität Bern werden seit Jahrzehnten Instrumente für Weltraummissionen entwickelt und in den hauseigenen Werkstätten gebaut, so auch LIMS. «Dabei arbeiten wir eng mit der hiesigen Industrie zusammen. Wir werden ein LIMS-System ‘made in Switzerland’ auf den Mond bringen», wie Peter Wurz ausführt. Die Entwicklung von LIMS habe vor mehr als 20 Jahren begonnen und es sei schön zu sehen, dass jetzt die Früchte des langjährigen Einsatzes geerntet werden können. Andreas Riedo sagt abschliessend: «Dabei profitiert man natürlich immer von der langjährigen Erfahrung und Expertise der Universität Bern im Instrumentenbau.»

Förderung durch das SBFI / Abteilung Raumfahrt
Der Bund beteiligt sich im Rahmen des PRODEX-Programms (PROgramme de Développement d’EXpériences scientifiques) der Europäischen Weltraumorganisation ESA an der Entwicklung von wissenschaftlichen Instrumenten oder Teilsystemen. Über dieses Programm können national Beiträge für Wissenschaftsmissionen durch Projektteams aus Forschung und Industrie entwickelt und gebaut werden. Dieser Wissens- und Technologietransfer zwischen Wissenschaft und Industrie verschafft dem Werkplatz Schweiz letztlich auch einen strukturellen Wettbewerbsvorteil – und er ermöglicht, dass Technologien, Verfahren und Produkte in andere Märkte einfliessen und so einen Mehrwert für unsere Wirtschaft erbringen.

Berner Weltraumforschung: Seit der ersten Mondlandung an der Weltspitze
Als am 21. Juli 1969 Buzz Aldrin als zweiter Mann aus der Mondlandefähre stieg, entrollte er als erstes das Berner Sonnenwindsegel und steckte es in den Boden des Mondes. Dieses Solar Wind Composition Experiment (SWC), welches von Prof. Dr. Johannes Geiss und seinem Team am Physikalischen Institut der Universität Bern geplant, gebaut und ausgewertet wurde, war ein erster grosser Höhepunkt in der Geschichte der Berner Weltraumforschung.

Die Berner Weltraumforschung ist seit damals an der Weltspitze mit dabei: Die Universität Bern nimmt regelmässig an Weltraummissionen der grossen Weltraumorganisationen wie ESA, NASA oder JAXA teil. Mit CHEOPS teilt sich die Universität Bern die Verantwortung mit der ESA für eine ganze Mission. Zudem sind die Berner Forschenden an der Weltspitze mit dabei, wenn es etwa um Modelle und Berechnungen zur Entstehung und Entwicklung von Planeten geht.

Die erfolgreiche Arbeit der Abteilung Weltraumforschung und Planetologie (WP) des Physikalischen Instituts der Universität Bern wurde durch die Gründung eines universitären Kompetenzzentrums, dem Center for Space and Habitability (CSH), gestärkt. Der Schweizer Nationalfonds sprach der Universität Bern zudem den Nationalen Forschungsschwerpunkt (NFS) PlanetS zu, den sie gemeinsam mit der Universität Genf leitet.

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• Commercial Lunar Payload Services (CLPS)

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Quelle: Universität Bern 9. März 2023.

Am 7. März 2023 bestätigte der Ausschuss für das Wissenschaftsprogramm der ESA die Fortsetzung des Betriebs bis 2026 und eine indikative Verlängerung bis 2029, abhängig von den laufenden Verpflichtungen der nationalen Förderer und Partner. Seit seinem Launch im Dezember 2019 haben die äußerst präzisen Messungen des Satelliten zu mehreren wichtigen Entdeckungen auf dem Gebiet der Exoplanetenforschung beigetragen. Die Verlängerung wird es ermöglichen, diese faszinierenden Welten im Orbit anderer Sterne noch genauer zu untersuchen.

Im Gegensatz zu früheren Satelliten, die neue Exoplaneten – Planeten, die andere Sterne als unsere Sonne umkreisen – durch die gleichzeitige Beobachtung von zehntausenden Sternen aufspüren sollten, wurde CHEOPS für die Beobachtung einzelner Sterne optimiert und zielt auf diejenigen, von denen bereits bekannt ist, dass sie Exoplaneten beherbergen. Ziel von CHEOPS ist es daher, über eine bloße Bestandsaufnahme von Exoplaneten hinauszugehen und einige ihrer Haupteigenschaften, insbesondere ihre Größe, mit äußerster Präzision zu messen. Diese Präzision ermöglicht es den Astronomen, Rückschlüsse auf die Zusammensetzung dieser Planeten zu ziehen: Die Kombination der CHEOPS-Größenmessung mit der zuvor bekannten Planetenmasse ergibt die Dichte. Dichte Planeten wie die Erde bestehen hauptsächlich aus Gestein und Metallen, während Planeten mit geringer Dichte wie der Jupiter hauptsächlich aus Gas bestehen. Da diese Zusammensetzungen das Ergebnis des Planetenentstehungsprozesses sind, öffnet deren Kenntnis ein Fenster zur Geschichte der Planetensysteme und setzt unser eigenes Sonnensystem in einen größeren Kontext.

Die Beobachtung der Eigenschaften von Exoplaneten
„In dieser Hinsicht war die Mission äußerst erfolgreich“, betont Willy Benz, emeritierter Professor für Astrophysik an der Universität Bern und Leiter des CHEOPS-Konsortiums, „die Präzision von CHEOPS hat alle Erwartungen übertroffen und es uns ermöglicht, die Eigenschaften mehrerer der interessantesten Exoplaneten zu bestimmen.“

So haben die Forschenden des CHEOPS-Teams durch genaue Beobachtung der Helligkeitsveränderungen beim Vorbeiziehen des Planeten WASP-103b an seinem Stern festgestellt, dass der Planet durch die starke Schwerkraft des nahen Sterns in die Form eines Rugbyballs verformt wird. Planeten dieser Art sind so heiß, dass CHEOPS ihr Leuchten auch auf ihrer Umlaufbahn erkennen konnte. „Das mit CHEOPS bei dem Planeten WASP-189b entdeckte Leuchten beträgt nur ein paar Millionstel des vom Stern ausgesandten Lichts und hängt mit der Temperatur der Planetenatmosphäre sowie deren Wolkenbedeckung zusammen. Damit ist klar, dass CHEOPS viel mehr kann als ’nur‘ die Größe von Planeten zu messen“, erklärt Prof. David Ehrenreich von der Universität Genf, Co-Leiter des internationalen Teams von über hundert Wissenschaftlern, die an der Auswertung der Mission beteiligt sind.

Verlängerung der Mission verspricht weitere faszinierende Entdeckungen
Die Hauptmission von CHEOPS war für eine Dauer von dreieinhalb Jahren, also bis September 2023, angelegt. Die herausragende Qualität der wissenschaftlichen Ergebnisse der Mission wird durch die Veröffentlichung von mehr als fünfzig auf CHEOPS-Daten basierenden wissenschaftlichen Artikeln in internationalen Fachzeitschriften belegt. Der Satellit wurde inmitten einer weltweiten Pandemie erfolgreich betrieben, und sein Gesundheitszustand ist im Hinblick auf die rauen Bedingungen im Weltraum, wo er ständig von kosmischer und hochenergetischer Strahlung bombardiert wird, ausgezeichnet. All diese Faktoren haben das CHEOPS-Team dazu veranlasst, eine Verlängerung der Mission über das Jahr 2023 hinaus vorzuschlagen.

Die Verlängerung des CHEOPS-Betriebs wurde nun vom Ausschuss für das Wissenschaftsprogramm der ESA bis mindestens 2026 genehmigt, vorausgesetzt, die nationalen Förderer und Partner leisten weiterhin Unterstützung. Die Mitglieder des CHEOPS-Teams stammen aus 40 Institutionen in ganz Europa: Neben der ESA haben sich 11 Länder, darunter die Schweiz in einer führenden Rolle, zusammengeschlossen, um das Teleskop zwischen 2012 und 2019 zu finanzieren und zu bauen. „CHEOPS kann für die Verlängerung der Mission weiterhin auf die starke Unterstützung der beteiligten Finanzierungsagenturen zählen, darunter auch der Schweiz, deren führende Rolle bei der CHEOPS-Mission (einschließlich des verlängerten Betriebs) durch ihre Mitgliedschaft in der ESA und ihre Teilnahme am PRODEX-Programm ermöglicht wird“, sagt Oliver Botta, Vorsitzender des CHEOPS-Lenkungsausschusses.

Mit der nun genehmigten Missionsverlängerung plant das CHEOPS-Team, den Satelliten weiterhin für seine Kernaufgaben einzusetzen aber gleichzeitig auch neue Beobachtungsmethoden auszuprobieren. „Wir haben bisher nur an der Oberfläche von CHEOPS‘ Fähigkeiten gekratzt. Der Satellit bietet noch viel mehr wissenschaftliche Möglichkeiten, und wir freuen uns darauf, diese während der Verlängerung auszuloten“, erklärt Benz. „Ein sehr spannendes Ergebnis wäre die Entdeckung des ersten Exomonds“, verrät Ehrenreich. „Viele Planeten in unserem Sonnensystem haben Monde. Wir erwarten deshalb, dass wir diese auch in der Umlaufbahn von Exoplaneten finden werden, und wir beobachten bereits einige Kandidaten. Es ist jedoch schwierig, Exomonde zu entdecken, weil sie sehr klein und ihre Signaturen daher eher schwach sind. CHEOPS ist jedoch präzise genug, um Exomonde in der Größe des Planeten Mars zu finden, der doppelt so groß ist wie unser Mond. Wenn solche Exomonde in den von uns beobachteten Systemen existieren, könnten wir sie während der verlängerten Mission finden.“

Eine einzigartige Rolle im Bereich der Weltraummissionen
Ein weiteres einzigartiges Merkmal von CHEOPS ist die Fähigkeit, seine Kräfte mit anderen Weltraummissionen wie dem James Webb Space Telescope (JWST), einem Gemeinschaftsprojekt der NASA und der ESA, zu kombinieren. CHEOPS kann unser Wissen über bereits bekannte Exoplaneten verfeinern und so die besten Kandidaten für Atmosphärenbeobachtungen mit JWST auswählen. „Dank der Resultate von CHEOPS haben wir wertvolle JWST-Beobachtungszeit erhalten, um die Planeten des Systems TOI-178 zu betrachten und ihre atmosphärische Zusammensetzung zu bestimmen. Dies wird uns helfen, die dynamische Geschichte dieses Systems zu verstehen“, erklärt Prof. Yann Alibert von der Universität Bern. Alibert koordiniert ein CHEOPS-Programm, das sich mit der Verfolgung von multiplanetaren Systemen befasst, die vom NASA-Satelliten TESS entdeckt wurden. „Dies ist ein Beispiel für die große Synergie zwischen CHEOPS und anderen Missionen: TESS fand ursprünglich drei Planeten, die den Stern TOI-178 umkreisen. Als CHEOPS dieses System untersuchte, entdeckte es drei weitere Planeten und zeigte eine außergewöhnliche und zerbrechliche Orbitalharmonie. Das führte uns zur Annahme, dass dieses System seit Milliarden von Jahren ungestört ist“, erklärt Alibert.

„Die Forschung ist gespannt, welche überraschenden Ergebnisse CHEOPS als nächstes hervorbringen wird; nun steht fest, dass CHEOPS noch jahrelang neue Entdeckungen machen kann“, so Benz abschließend.

CHEOPS – Auf der Suche nach potenziell lebensfreundlichen Planeten
Die CHEOPS-Mission (CHaracterising ExOPlanets Satellite) ist die erste der neu geschaffenen «S-class missions» der ESA – Missionen der kleinen Klasse mit einem Budget, das kleiner ist als das von großen und mittleren Missionen, und mit einer kürzeren Zeitspanne von Projektbeginn bis zum Start.

CHEOPS widmet sich der Charakterisierung von Exoplaneten-Transiten. Dabei misst CHEOPS die Helligkeitsänderungen eines Sterns, wenn ein Planet vor diesem Stern vorbeizieht. Aus diesem Messwert lässt sich die Größe des Planeten ableiten und mit bereits vorhandenen Daten daraus die Dichte bestimmen. So erhält man wichtige Informationen über diese Planeten – zum Beispiel, ob sie überwiegend felsig sind, aus Gasen bestehen oder ob sich auf ihnen tiefe Ozeane befinden. Dies wiederum ist ein wichtiger Schritt, um zu bestimmen ob auf einem Planeten lebensfreundliche Bedingungen herrschen.

CHEOPS wurde im Rahmen einer Partnerschaft zwischen der ESA und der Schweiz entwickelt. Unter der Leitung der Universität Bern und der ESA war ein Konsortium mit mehr als hundert Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, Ingenieurinnen und Ingenieuren aus elf europäischen Nationen während fünf Jahren am Bau des Satelliten beteiligt.

CHEOPS hat am Mittwoch, 18. Dezember 2019 an Bord einer Sojus-Fregat-Rakete vom Europäischen Weltraumbahnhof Kourou, Französisch-Guyana, seine Reise ins Weltall angetreten. Seither umkreist CHEOPS die Erde innerhalb von ungefähr anderthalb Stunden in einer Höhe von 700 Kilometer entlang der Tag-Nacht-Grenze.

Der Bund beteiligt sich am CHEOPS-Teleskop im Rahmen des PRODEX-Programms (PROgramme de Développement d’EXpériences scientifiques) der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Über dieses Programm können national Beiträge für Wissenschaftsmissionen durch Projektteams aus Forschung und Industrie entwickelt und gebaut werden. Dieser Wissens- und Technologietransfer zwischen Wissenschaft und Industrie verschafft dem Werkplatz Schweiz letztlich auch einen strukturellen Wettbewerbsvorteil – und er ermöglicht, dass Technologien, Verfahren und Produkte in andere Märkte einfließen und so einen Mehrwert für unsere Wirtschaft erbringen.

Mehr Informationen: https://cheops.unibe.ch/de/.

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• Weltraumteleskop Cheops – CHaracterising ExOPlanets Satellite

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Quelle: Universität Bern 12. September 2022.

12. September 2022 – Seit seinem Start vom europäischen Weltraumbahnhof in Französisch-Guayana am 18. Dezember 2019 hat das CHEOPS-Teleskop in der Erdumlaufbahn seine Funktionalität und Präzision über alle Erwartungen hinaus bewiesen. In dieser Zeit hat es die Eigenschaften von zahlreichen faszinierenden Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, von sogenannten Exoplaneten also, aufgedeckt und ist zu einem Schlüsselinstrument für Astronominnen und Astronomen in Europa und weltweit geworden.

Ermöglichung umfangreicher Forschung in ganz Europa
In mehr als einer Million Minuten Beobachtungszeit hat CHEOPS Exoplaneten aus jedem Blickwinkel beobachtet: ihre Nachtseite, wenn sie vor ihren Sternen vorbeiziehen, ihre Tagseite, wenn sie hinter ihren Sternen vorbeiziehen, und alle Phasen, wie die des Mondes, dazwischen. «Die präzisen Daten, die wir mit CHEOPS gesammelt haben, haben Früchte getragen: Mehr als fünfzig wissenschaftliche Studien wurden von über hundert Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die das CHEOPS- Wissenschaftsteam bilden und die an Dutzenden von Institutionen in ganz Europa arbeiten, veröffentlicht oder sind in Vorbereitung», berichtet Willy Benz, emeritierter Professor für Astrophysik an der Universität Bern und Leiter des CHEOPS-Konsortiums.

Dies wurde erreicht, ohne dass sich aufgrund der Pandemie die internationalen Forschungsteams, die das Instrument nutzen, physisch treffen konnten. Zum ersten Mal seit dem Start von CHEOPS können sich nun alle beteiligten Forschenden vom 12. bis 14. September 2022 in Padua, Italien, treffen. «Es ist das erste Mal seit drei Jahren, dass wir endlich zusammenkommen können», sagt Missionswissenschaftler David Ehrenreich, Professor für Astronomie an der Universität Genf. «Es ist ein tolles Gefühl, zu feiern, was wir in 1000 Tagen entdeckt haben, und vor Ort zu diskutieren, was wir als Nächstes tun werden.»

Zu den Entdeckungen gehört zum Beispiel die Charakterisierung glühend heißer, eisenverdampfender Atmosphären auf Planeten, die ihren Sternen so nahe sind, dass sie durch die immensen Gravitationskräfte zu Rugby-Bällen verformt werden. «Durch die Entdeckung eines Systems mit sechs Planeten, von denen fünf ihren Stern in einer fragilen Harmonie umkreisen, hat CHEOPS uns auch Einblicke in die Entstehung von Planetensystemen gegeben», sagt Ehrenreich.

Erst Anfang dieses Jahres hat das Weltraumteleskop erneut seine erstaunliche Präzision unter Beweis gestellt, indem es das schwache Licht gemessen hat, das von einem 159 Lichtjahre entfernten Planeten im Sternbild Pegasus reflektiert wird. «Obwohl dieser Planet, HD 209458b, sicherlich der am besten untersuchte Exoplanet aller Zeiten ist, mussten wir 22 Jahre auf CHEOPS und seine erstaunliche Präzision und Hingabe warten, um das von seiner Atmosphäre reflektierte sichtbare Licht messen zu können», sagt Benz stolz.

Ein wertvolles und langlebiges Gut
«Auch nach tausend Tagen in der Umlaufbahn funktioniert CHEOPS immer noch einwandfrei und zeigt nur sehr geringe Abnutzungserscheinungen, die durch die von der Sonne ausgestrahlten energiereichen Teilchen verursacht werden», sagt die CHEOPS-Instrumentenwissenschaftlerin Andrea Fortier von der Universität Bern. Unter diesen Bedingungen rechnet die Forscherin damit, dass CHEOPS noch eine ganze Weile andere Welten beobachten könnte. «Es wird seine Mission um die Erde bis mindestens September 2023 fortsetzen, aber das CHEOPS-Team arbeitet mit der Europäischen Weltraumorganisation ESA und dem Swiss Space Office (SSO) zusammen, um die Mission bis Ende 2025 und möglicherweise sogar darüber hinaus zu verlängern», sagt Fortier.

Die Fähigkeiten von CHEOPS könnten der wissenschaftlichen Gemeinschaft weiterhin gute Dienste leisten, auch wenn das James Webb Weltraumteleskop bereits in Betrieb ist. «Wir sind überzeugt, dass CHEOPS mit seiner hohen Präzision und Flexibilität als Brücke zwischen anderen Instrumenten und Webb dienen kann, da das leistungsstarke Teleskop präzise Informationen über potenziell interessante Beobachtungsziele benötigt. CHEOPS kann diese Informationen liefern – und damit den Betrieb von Webb optimieren», betont Willy Benz. Dies geschieht bereits, denn das Webb-Teleskop wird im Laufe dieses Jahres mehrere von CHEOPS bereits beobachtete Systeme genauer untersuchen.

CHEOPS – Auf der Suche nach potenziell lebensfreundlichen Planeten
Die CHEOPS-Mission (CHaracterising ExOPlanet Satellite) ist die erste der neu geschaffenen «S-class missions» der ESA – Missionen der kleinen Klasse mit einem Budget, das kleiner ist als das von großen und mittleren Missionen, und mit einer kürzeren Zeitspanne von Projektbeginn bis zum Start.

CHEOPS widmet sich der Charakterisierung von Exoplaneten-Transiten. Dabei misst CHEOPS die Helligkeitsänderungen eines Sterns, wenn ein Planet vor diesem Stern vorbeizieht. Aus diesem Messwert lässt sich die Größe des Planeten ableiten und mit bereits vorhandenen Daten daraus die Dichte bestimmen. So erhält man wichtige Informationen über diese Planeten – zum Beispiel, ob sie überwiegend felsig sind, aus Gasen bestehen oder ob sich auf ihnen tiefe Ozeane befinden. Dies wiederum ist ein wichtiger Schritt, um zu bestimmen ob auf einem Planeten lebensfreundliche Bedingungen herrschen.

CHEOPS wurde im Rahmen einer Partnerschaft zwischen der ESA und der Schweiz entwickelt. Unter der Leitung der Universität Bern und der ESA war ein Konsortium mit mehr als hundert Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, Ingenieurinnen und Ingenieuren aus elf europäischen Nationen während fünf Jahren am Bau des Satelliten beteiligt.

CHEOPS hat am Mittwoch, 18. Dezember 2019 an Bord einer Sojus-Fregat-Rakete vom Europäischen Weltraumbahnhof Kourou, Französisch-Guyana, seine Reise ins Weltall angetreten. Seither umkreist CHEOPS die Erde innerhalb von ungefähr anderthalb Stunden in einer Höhe von 700 Kilometer entlang der Tag-Nacht-Grenze.

Der Bund beteiligt sich am CHEOPS-Teleskop im Rahmen des PRODEX-Programms (PROgramme de Développement d’EXpériences scientifiques) der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Über dieses Programm können national Beiträge für Wissenschaftsmissionen durch Projektteams aus Forschung und Industrie entwickelt und gebaut werden. Dieser Wissens- und Technologietransfer zwischen Wissenschaft und Industrie verschafft dem Werkplatz Schweiz letztlich auch einen strukturellen Wettbewerbsvorteil – und er ermöglicht, dass Technologien, Verfahren und Produkte in andere Märkte einfließen und so einen Mehrwert für unsere Wirtschaft erbringen.

Die Universität Bern nimmt regelmäßig an Weltraummissionen der großen Weltraumorganisationen wie ESA, NASA, oder JAXA teil. Mit CHEOPS teilt sich die Universität Bern die Verantwortung mit der ESA für eine ganze Mission. Zudem sind die Berner Forschenden an der Weltspitze mit dabei, wenn es etwa um Modelle und Simulationen zur Entstehung und Entwicklung von Planeten geht. Die erfolgreiche Arbeit der Abteilung Weltraumforschung und Planetologie (WP) des Physikalischen Instituts der Universität Bern wurde durch die Gründung eines universitären Kompetenzzentrums, dem Center for Space and Habitability (CSH), gestärkt. Der Schweizer Nationalfonds sprach der Universität Bern zudem den Nationalen Forschungsschwerpunkt (NFS) PlanetS zu, den sie gemeinsam mit der Universität Genf leitet.

CHEOPS liefert wichtige Informationen über Größe, Form und Entwicklung bekannter Exoplaneten. Die Einrichtung des «Science Operation Center» der CHEOPS-Mission in Genf unter der Leitung von zwei Professoren der Astronomieabteilung der UniGE ist eine logische Fortsetzung der Forschungsgeschichte auf dem Gebiet der Exoplaneten – denn hier wurde 1995 der erste Exoplanet von Michel Mayor und Didier Queloz, den Nobelpreisträgern für Physik von 2019, entdeckt. Mit dieser Entdeckung positionierte sich die Astronomieabteilung der Universität Genf an der Weltspitze auf diesem Gebiet, was unter anderem 2003 zum Bau und der Installation von HARPS führte. Der Spektrograph auf dem 3,6-m-Teleskop der ESO in La Silla war zwei Jahrzehnte lang der weltweit effizienteste, wenn es um die Bestimmung der Masse von Exoplaneten ging. In diesem Jahr wurde HARPS jedoch von ESPRESSO übertroffen, einem weiteren Spektrographen, der in Genf gebaut und auf dem VLT in Paranal installiert wurde. CHEOPS ist somit das Ergebnis von zwei nationalen Expertisen: einerseits dem Weltraum-Know-how der Universität Bern in Zusammenarbeit mit ihren Genfer Kolleginnen und Kollegen, und andererseits der Bodenerfahrung der Universität Genf in Zusammenarbeit mit ihrem Pendant in der Hauptstadt. Zwei wissenschaftliche und technische Kompetenzen, die auch den Nationalen Forschungsschwerpunkt (NFS) PlanetS ermöglichten.

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• Weltraumteleskop Cheops – CHaracterising ExOPlanets Satellite

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Quelle: Universität Bern.

16. September 2019 – ExoMars ist eine Weltraummission der Europäischen Weltraumorganisation ESA in Zusammenarbeit mit der russischen Raumfahrtagentur Roskosmos. ExoMars steht für Exobiologie auf dem Mars: Erstmals seit den 1970er-Jahren wird wieder aktiv nach Leben auf dem Mars geforscht. Sogenannte Spurengase, einschließlich Methan und deren Quellen, werden vom ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) untersucht, während das ExoMars-Programm als Ganzes – der TGO in Kombination mit dem Rover «Rosalind Franklin», der nächstes Jahr starten wird – untersuchen wird, wie sich das Wasser und die geochemische Umgebung auf dem Mars im Laufe der Zeit verändert haben.

Das Colour and Stereo Surface Imaging System (CaSSIS) an Bord des TGO wurde von einem internationalen Team unter der Leitung von Nicolas Thomas vom Physikalischen Institut und dem Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern entwickelt. CaSSIS beobachtet seit April 2018 den Mars und liefert hochaufgelöste, farbige Bilder der Marsoberfläche.

Heftige Gasausbrüche in Dünenfeldern
Unter den neusten Bildern von CaSSIS, die heute auch von der ESA veröffentlicht wurden, befindet sich eine Aufnahme von Dünenfeldern in der Nordpolregion des Mars. Dünen gibt es auf dem Mars wie auf der Erde in verschiedenen charakteristischen Formen. Sie liefern Hinweise auf die vorherrschende Windrichtung. «Die kontinuierliche Beobachtung der Dünen liefert Hinweise darauf, wie sich die Dünen entwickelt haben und wie Sedimente auf dem Mars transportiert werden», erklärt Nicolas Thomas.

Im Winter bedeckt eine dünne Schicht Kohlendioxid-Eis die Oberfläche der Polarregionen des Mars. Mit dem ersten Licht des Frühlings taut die Schicht auf. In den Dünenfeldern erfolgt dieses Auftauen im Frühjahr von unten nach oben, wobei das dabei entstehende Gas zwischen der Eisschicht und dem Sand der Dünen eingeschlossen wird. Nicolas Thomas sagt dazu: «Wenn das Eis bricht, erfolgt ein heftiger Gasausbruch, der auch Sand mit sich trägt. Auf dem CaSSIS-Bild, das heute veröffentlicht wird, sind dunkle Flecken und Streifen, die von den Gasausbrüchen verursacht werden, zu sehen.»

Trockene Lawinen, Klimawandel und potenzielle Landeplätze auf dem Mars
Ebenfalls heute erscheint eine Auswahl von Bildern, die von den beeindruckenden wissenschaftlichen Fähigkeiten von CaSSIS zeugen. So zeigt eine Aufnahme von den Hängen in der Region Locras Vallis auf dem Mars markante helle und dunkle Streifen. Der genaue Zusammenhang zwischen diesen Streifen werde noch diskutiert, aber die führende Theorie lege nahe, dass sie durch trockene Lawinenprozesse gebildet werden, so Nicolas Thomas.

Der Gale Crater, heute der Standort des Curiosity Rovers der NASA, hat einen Durchmesser von etwa 150 km und liegt nahe der Grenze zwischen dem südlichen Hochland und dem nördlichen Tiefland des Mars. Auf dem CaSSIS-Bild ist ersichtlich, dass sich im Krater ein massiver zentraler Hügel befindet, der kilometerdicke, geschichtete Sedimentgesteine enthält. Nicolas Thomas erklärt: «Diese Gesteinsschichtungen sind Indikatoren dafür, dass sich das Klima auf dem Mars entwickelt hat von feuchteren Bedingungen, unter denen sich wasserführende Mineralien bildeten, zu den heute beobachteten, trockeneren Klimabedingungen.»

Ein weiteres, heute veröffentlichtes Bild vom Oyama-Krater ist für Nicolas Thomas besonders interessant: «Die verschiedenen Schichten in den Wänden des kleinen Kraters oben im Bild sind freigelegt, was uns gewissermaßen ein Fenster in die Vergangenheit öffnet. Solche Gebiete werden als potenzielle Landeplätze für kommende Einsätze auf dem Mars hoch eingestuft – sie sind besonders interessant für die zukünftige Erforschung des Mars aufgrund des Einflusses von Wasser und damit ihres Potenzials zur Erhaltung von Spuren vergangenen Lebens.»

Die neuen CaSSIS-Bilder und Resultate von den wissenschaftlichen Instrumenten an Bord des TGO werden diese Woche auch am internationalen European Planetary Science Congress and the Division of Planetary Sciences in Genf vorgestellt. Siehe dazu auch die Beiträge mit dem Hashtag #EPSCDPS2019 in den sozialen Medien.

CaSSIS: Spektakuläre Bilder vom Mars
An Bord der ExoMars-Sonde «Trace Gas Orbiter» der Europäischen Weltraumorganistion ESA befindet sich die Berner Kamera CaSSIS – sie liefert die bisher schärfsten Bilder vom Mars in Stereo und Farbe. Die Marskamera wurde von einem Team der Universität Bern unter der Leitung von Prof. Dr. Nicolas Thomas entwickelt. Die Bilder sind wichtig für die Entschlüsselung der Geschichte der Ablagerungen und Schichten auf dem Mars. Kombiniert mit Daten aus anderen Instrumenten, ermöglichen die Bilder den Forschenden, Rückschlüsse zu ziehen auf die verschiedenen chemischen Zusammensetzungen und beispielsweise Regionen zu identifizieren, die durch Wasser beeinflusst wurden. Die CaSSIS-Bilder können auch dabei helfen, zukünftige Landeplätze für Missionen zur Erkundung der Marsoberfläche zu bestimmen. Mehr Informationen: www.cassis.unibe.ch.

Förderung durch das SBFI / Abteilung Raumfahrt
CaSSIS ist ein Projekt der Universität Bern und ist finanziert von der Abteilung Raumfahrt des SBFI durch das PRODEX-Programm (PROgramme de Développement d’Expériences scientifiques) der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Die Entwicklung der Instrumentenhardware wurde auch von der italienischen Weltraumbehörde (ASI), dem INAF/Astronomischen Observatorium Padua und dem Space Research Center (CBK) in Warschau unterstützt. Bei allen Instrumenten, die in der Schweiz entwickelt werden, stammen wesentliche Beiträge und/oder Teillieferungen aus der Schweizer Industrie. Das PRODEX-Programm, in dessen Rahmen wissenschaftliche Instrumente oder Teilsysteme bereitgestellt werden, verlangt eine industrielle Beteiligung und fördert so einen Wissens- und Technologietransfer zwischen Hochschulen und Industrie und verschafft dem Werkplatz Schweiz einen strukturellen Wettbewerbsvorteil – nicht zuletzt auch dank Spill-over-Effekten auf andere Sektoren der beteiligten Unternehmen. Beteiligungen der Schweiz an Programmen der ESA erlauben es Schweizer Akteuren aus Wissenschaft und Wirtschaft, sich ideal in entsprechenden Aktivitäten der ESA zu positionieren.

Berner Weltraumforschung: Seit der ersten Mondlandung an der Weltspitze
Als am 21. Juli 1969 Buzz Aldrin als zweiter Mann aus der Mondlandefähre stieg, entrollte er als erstes das Berner Sonnenwindsegel und steckte es noch vor der amerikanischen Flagge in den Boden des Mondes. Dieses Solarwind Composition Experiment (SWC), welches von Prof. Dr. Johannes Geiss und seinem Team am Physikalischen Institut der Universität Bern geplant und ausgewertet wurde, war ein erster grosser Höhepunkt in der Geschichte der Berner Weltraumforschung. Die Berner Weltraumforschung ist seit damals an der Weltspitze mit dabei. In Zahlen ergibt dies eine stattliche Bilanz: 25mal flogen Instrumente mit Raketen in die obere Atmosphäre und Ionosphäre (1967-1993), 9mal auf Ballonflügen in die Stratosphäre (1991-2008), über 30 Instrumente flogen auf Raumsonden mit, und mit CHEOPS teilt die Universität Bern die Verantwortung mit der ESA für eine ganze Mission (Start letztes Quartal 2019). Die erfolgreiche Arbeit der Abteilung Weltraumforschung und Planetologie (WP) des Physikalischen Instituts der Universität Bern wurde durch die Gründung eines universitären Kompetenzzentrums, dem Center for Space and Habitability (CSH), gestärkt. Der Schweizer Nationalsfonds sprach der Universität Bern zudem den Nationalen Forschungsschwerpunkt (NFS) PlanetS zu, den sie gemeinsam mit der Universität Genf leitet.

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• ExoMars Trace Gas Orbiter + Lander Schiaparelli auf Proton-M/Briz-M

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Quelle: Universität Bern.

Am 2. März 2019 hat CaSSIS nun zudem sein erstes Bild von InSight geliefert, dem Lander der NASA auf dem Mars.

ExoMars ist ein Weltraummission der Europäischen Weltraumorganisation ESA in Zusammenarbeit mit der russischen Raumfahrtagentur Roskosmos. ExoMars steht für Exobiologie auf dem Mars: erstmals seit den 1970er-Jahren wird wieder aktiv nach Leben auf dem Mars geforscht. Sogenannte Spurengase einschliesslich Methan und deren Quellen werden vom ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) untersucht, während das ExoMars-Programm als Ganzes – der TGO in Kombination mit dem Rover Rosalind Franklin, der nächstes Jahr starten wird – untersuchen wird, wie sich das Wasser und die geochemische Umgebung auf dem Mars im Laufe der Zeit verändert haben.

Das Colour and Stereo Surface Imaging System (CaSSIS) an Bord des TGO wurde von einem internationalen Team unter der Leitung von Prof. Nicolas Thomas vom Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern entwickelt. TGO trat die Reise zum Mars heute vor drei Jahren an, am 14. März 2016, und erreichte den Mars am 19. Oktober desselben Jahres. Dabei demonstrierte und nutzte die Sonde ihre hohen Fähigkeiten betreffend Atmosphärenbremsung, um die wissenschaftliche Umlaufbahn zu erreichen. Die Hauptmission begann schliesslich im April 2018.

Hallo InSight!
Unter den Bildern von CaSSIS, die heute auch von der ESA veröffentlicht wurden, befindet sich unter anderem ein Bild des Landers InSight der amerikanischen Weltraumorganisation NASA. Es gab bereits Aufnahmen von InSight, die vom Mars Reconnaissance Orbiter der NASA gemacht wurden. Es ist jedoch das erste Mal, dass ein europäisches Instrument den Lander identifiziert hat. InSight war am 26. November 2018 auf dem Mars angekommen mit dem Ziel, das Innere des roten Planeten zu untersuchen.

Das farbempfindliche Bild wurde am 2. März 2019 von CaSSIS aufgenommen und bildet eine Fläche von 2.25 x 2.25 km ab. Zu diesem Zeitpunkt hämmerte InSight eine Sonde in den Marsboden, um die Hitze im Inneren des Planeten zu messen. Auf der Aufnahme von CaSSIS ist InSight als etwas hellerer Fleck im Zentrum einer dunklen Fläche zu sehen, die entstanden ist, als der Lander seine Bremsraketen zündete kurz vor seiner Landung in der Elysium Planitia Region und Staub aufwirbelte. Ebenfalls zu sehen sind das kurz vor der Landung abgeworfene Hitzeschild am Rande eines Kraters und der Schutzschild von InSight.

«Der Orbiter wird verwendet, um Daten von InSight zur Erde zu übertragen», sagt Nicolas Thomas, der Hauptverantwortliche für CaSSIS. «Wegen dieser Funktion konnten wir die Kamera bisher nicht auf den Landeplatz von InSight richten, um Unsicherheiten in der Kommunikation zu vermeiden. Wir mussten also warten, bis der Landeplatz direkt unter dem TGO vorbeikam, um dieses Bild aufzunehmen.» CaSSIS soll das InSight-Team durch die Beobachtung der Marsoberfläche in der Umgebung zusätzlich unterstützen.

Das Bild von InSight zeigt auch, dass CaSSIS in der Lage sein wird, den zukünftigen ExoMars-Rover Rosalind Franklin zu fotografieren, der im März 2021 auf dem Mars ankommen soll. Der TGO wird auch für diesen Rover als Datenübertragungsstation dienen.

Wissenschaft im Schaufenster
Ebenfalls heute erscheint eine Auswahl von Bildern, die von den beeindruckenden wissenschaftlichen Fähigkeiten von CaSSIS zeugen. Die hochauflösenden Bilder zeigen Ansichten von eigenartigen Oberflächenmerkmalen, illustrieren die Vielfalt der Mineralien auf dem Mars und liefern sogar 3D-Stereoansichten und digitale Geländemodelle. Die Bilder wurden von Teams der Universität Bern, der University of Arizona und des INAF-Padova produziert.

Die Bilder beinhalten Detailansichten von polaren Schichtablagerungen und zeigen die Dynamik von Dünen und von sogenannten Staubteufeln (Luftwirbeln). Die Stereobilder von CaSSIS erwecken die Szenerie auf dem Mars zum Leben, indem sie zusätzlich Einblick in die Höhenunterschiede geben. Diese Informationen sind wichtig für die Entschlüsselung der Geschichte der Ablagerungen und Schichten auf dem Mars.

Einige Bilder wurden eingefärbt, um die Oberflächenstruktur deutlich zu machen. Kombiniert mit Daten aus anderen Instrumenten, ermöglichen die Bilder den Forschenden, Rückschlüsse zu ziehen auf die verschiedenen chemischen Zusammensetzungen und beispielsweise Regionen zu identifizieren, die durch Wasser beeinflusst wurden. Diese Bilder können auch unterstützend eingesetzt werden für die Leitung von Missionen zur Erkundung der Marsoberfläche.

«Das Bild von der Landestelle von InSight ist nur eines von vielen wirklich hochwertigen Bildern, die CaSSIS geliefert hat. Die heute veröffentlichten Bilder gehören zu den besten der letzten Zeit. Und ich bin auch begeistert von den digitalen Geländemodellen», sagt Nicolas Thomas. Håkan Svedhem, Project Scientist für den TGO bei der ESA fügt an: «Die Bilder sind ein Beweis für das wissenschaftliche Potential des Kamerasystems. Wir werden während der Mission in der Lage sein, dank der Bilder sowohl dynamische Oberflächenprozesse zu untersuchen – einschliesslich solcher, die helfen könnten, den Bestand an Spurgasen zu begrenzen, den die Spektrometer der TGO analysieren – und zukünftige Landeplätze zu charakterisieren.»

Förderung durch das SBFI / Abteilung Raumfahrt
CaSSIS ist ein Projekt der Universität Bern und ist finanziert von der Abteilung Raumfahrt des SBFI durch das PRODEX-Programm der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Die Entwicklung der Instrumentenhardware wurde auch von der italienischen Weltraumbehörde (ASI), dem INAF/Astronomischen Observatorium Padua und dem Space Research Center (CBK) in Warschau unterstützt.

Bei allen Instrumenten, die in der Schweiz und unter der Leitung der Universität Bern entwickelt wurden, stammen wesentliche Beiträge und/oder Teillieferungen aus der Schweizer Industrie. Das PRODEX-Programm, in dessen Rahmen wissenschaftliche Instrumente oder Teilsysteme bereitgestellt werden, verlangt eine industrielle Beteiligung von mindestens 50% am Gesamtprojekt. Diese Bedingung ermöglicht einen Wissens- und Technologietransfer aus der Industrie und in die Industrie und verschafft dem Werkplatz Schweiz einen strukturellen Wettbewerbsvorteil – nicht zuletzt auch dank Spill-over-Effekten auf andere Sektoren der beteiligten Unternehmen.

Beteiligungen der Schweiz an Programmen der ESA erlauben es Schweizer Akteuren aus Wissenschaft und Wirtschaft, sich ideal in entsprechenden Aktivitäten der ESA zu positionieren.

Berner Weltraumforschung: Seit 50 Jahren an der Weltspitze mit dabei
Die Berner Weltraumforschung in Zahlen ergibt eine stattliche Bilanz: 25mal flogen Instrumente mit Raketen in die obere Atmosphäre und Ionosphäre (1967-1993), 9mal auf Ballonflügen in die Stratosphäre (1991-2008), 33 Instrumente flogen auf Raumsonden mit, und ein Satellit wurde gebaut (CHEOPS, Start 2. Hälfte 2019).

Die erfolgreiche Arbeit der Abteilung Weltraumforschung und Planetologie (WP) des Physikalischen Instituts der Universität Bern wurde durch die Gründung eines universitären Kompetenzzentrums, dem Center for Space and Habitability (CSH), gestärkt. Der Schweizer Nationalsfonds sprach der Universität Bern zudem den Nationalen Forschungsschwerpunkt (NFS) PlanetS zu, den sie gemeinsam mit der Universität Genf leitet.

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