Quelle: NASA / Lauren Leese, 22. Januar 2026

Der enorme Datenschatz dieser Missionen enthält jedoch noch viele bisher unentdeckte Planeten. Alle Daten beider Missionen sind in den Archiven der NASA öffentlich zugänglich, und viele Teams auf der ganzen Welt haben diese Daten genutzt, um mit Hilfe verschiedener Techniken neue Planeten zu finden.

Im Jahr 2021 entwickelte ein Team des Ames Research Center der NASA im kalifornischen Silicon Valley ExoMiner, eine Open-Source-Software, die künstliche Intelligenz (KI) einsetzt, um 370 neue Exoplaneten aus Kepler-Daten zu validieren. Nun hat das Team eine neue Version des Modells entwickelt, die sowohl mit Kepler- als auch mit TESS-Daten trainiert wurde und den Namen ExoMiner++ trägt.

Der neue Algorithmus, der in einem kürzlich im Astronomical Journal veröffentlichten Artikel vorgestellt wurde, identifizierte bei einem ersten Durchlauf 7.000 Ziele aus TESS als Exoplaneten-Kandidaten. Ein Exoplaneten-Kandidat ist ein Signal, das wahrscheinlich von einem Planeten stammt, aber zur Bestätigung weitere Beobachtungen mit zusätzlichen Teleskopen erfordert.

ExoMiner++ kann kostenlos von GitHub heruntergeladen werden, sodass jeder Forscher das Tool nutzen kann, um in dem wachsenden öffentlichen Datenarchiv von TESS nach Planeten zu suchen. „Open-Source-Software wie ExoMiner beschleunigt wissenschaftliche Entdeckungen“, sagte Kevin Murphy, Chief Science Data Officer der NASA in der NASA-Zentrale in Washington. „Wenn Forscher die von ihnen entwickelten Tools frei zur Verfügung stellen, können andere die Ergebnisse reproduzieren und die Daten genauer untersuchen. Deshalb sind offene Daten und Codes wichtige Säulen der Goldstandard-Wissenschaft.“

ExoMiner++ durchsucht Beobachtungen möglicher Transite, um vorherzusagen, welche von Exoplaneten und welche von anderen astronomischen Ereignissen, wie beispielsweise bedeckungsveränderlichen Doppelsternen, verursacht werden. „Wenn man wie in diesem Fall Hunderttausende von Signalen hat, ist dies der ideale Ort, um diese Deep-Learning-Technologien einzusetzen“, sagte Miguel Martinho, ein KBR-Mitarbeiter bei der NASA Ames, der als Co-Forscher für ExoMiner++ tätig ist.

Kepler und TESS arbeiten unterschiedlich – TESS beobachtet fast den gesamten Himmel und sucht hauptsächlich nach Planeten, die vor nahen Sternen vorbeiziehen, während Kepler einen kleinen Ausschnitt des Himmels genauer als TESS untersuchte. Trotz dieser unterschiedlichen Beobachtungsstrategien liefern die beiden Missionen kompatible Datensätze, sodass ExoMiner++ mit Daten beider Teleskope trainieren und überzeugende Ergebnisse liefern kann. „Mit wenigen Ressourcen können wir viel erreichen“, sagte Hamed Valizadegan, Projektleiter für ExoMiner und KBR-Mitarbeiter bei der NASA Ames.

Die nächste Version von ExoMiner++ wird die Nützlichkeit des Modells verbessern und zukünftige Bemühungen zur Entdeckung von Exoplaneten unterstützen. Während ExoMiner++ derzeit Planetenkandidaten markieren kann, wenn es eine Liste möglicher Transitsignale erhält, arbeitet das Team auch daran, dem Modell die Fähigkeit zu geben, die Signale selbst aus den Rohdaten zu identifizieren.

„Open-Source-Wissenschaft und Open-Source-Software sind der Grund dafür, dass sich das Gebiet der Exoplanetenforschung so schnell weiterentwickelt.“ Jon Jenkins, Exoplanet Scientist, NASA Ames Research Center.

Zusätzlich zu den laufend eintreffenden Daten von TESS werden zukünftige Missionen zur Suche nach Exoplaneten den Nutzern von ExoMiner noch viel mehr Daten zur Verfügung stellen. Das kommende Nancy Grace Roman Space Telescope der NASA wird Zehntausende von Exoplaneten-Transiten erfassen – und wie die TESS-Daten werden auch die Roman-Daten gemäß der Verpflichtung der NASA zu Gold Standard Science und zur Weitergabe von Daten an die Öffentlichkeit frei verfügbar sein. Die mit den ExoMiner-Modellen erzielten Fortschritte könnten auch bei der Suche nach Exoplaneten in den Roman-Daten helfen. „Die Open-Science-Initiative der NASA wird nicht nur zu besserer Wissenschaft, sondern auch zu besserer Software führen”, sagte Jon Jenkins, Exoplanetenwissenschaftler bei der NASA Ames. „Open-Source-Wissenschaft und Open-Source-Software sind der Grund, warum das Gebiet der Exoplaneten so schnell voranschreitet.”

Das Büro des Chief Science Data Officer der NASA leitet die Open-Science-Bemühungen der Behörde. Die öffentliche Weitergabe von wissenschaftlichen Daten, Tools, Forschungsergebnissen und Software maximiert die Wirkung der wissenschaftlichen Missionen der NASA. Weitere Informationen über das Engagement der NASA für Transparenz und Reproduzierbarkeit wissenschaftlicher Forschung finden Sie unter science.nasa.gov/open-science. Um weitere Berichte über die Auswirkungen der wissenschaftlichen Daten der NASA direkt in Ihren Posteingang zu erhalten, melden Sie sich für den NASA Open Science-Newsletter an.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• TESS – Transiting Exoplanet Survey Satellite
• Exoplaneten

Der Beitrag NASA KI, welche 370 Exoplaneten aufgespürt hat, untersucht nun TESS Daten erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: NASA, 9. Januar 2026

Mit an Bord sind zwei schuhkartongroße Satelliten namens BlackCAT (Black Hole Coded Aperture Telescope) und SPARCS (Star-Planet Activity Research CubeSat), mit denen die NASA innovative und ehrgeizige wissenschaftliche Missionen durchführt, die mit kostengünstigen, kreativen Ansätzen Fragen wie „Wie funktioniert das Universum?“ und „Sind wir allein?“ beantworten sollen.

„Das Ziel von Pandora ist es, die atmosphärischen Signale von Planeten und Sternen mithilfe von sichtbarem und nahinfrarotem Licht zu entwirren“, sagte Elisa Quintana, Pandoras Hauptforscherin am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. „Diese Informationen können Astronomen dabei helfen, festzustellen, ob die entdeckten Elemente und Verbindungen vom Stern oder vom Planeten stammen – ein wichtiger Schritt bei der Suche nach Anzeichen von Leben im Kosmos.“

BlackCAT und SPARCS sind kleine Satelliten, die das vergängliche, hochenergetische Universum bzw. die Aktivität von Sternen mit geringer Masse untersuchen werden.
Pandora wird Planeten beobachten, wenn sie aus unserer Perspektive vor ihren Sternen vorbeiziehen, ein Ereignis, das als Transit bezeichnet wird.
Wenn Sternenlicht die Atmosphäre eines Planeten durchdringt, interagiert es mit Substanzen wie Wasser und Sauerstoff, die charakteristische Wellenlängen absorbieren und dem Signal ihre chemischen Fingerabdrücke hinzufügen.
Aber während nur ein kleiner Teil des Sternenlichts den Planeten streift, sammeln Teleskope auch den Rest des Lichts, das von der dem Stern zugewandten Seite ausgestrahlt wird. Sternoberflächen können hellere und dunklere Bereiche aufweisen, die im Laufe der Zeit wachsen, schrumpfen und ihre Position verändern, wodurch Signale aus planetarischen Atmosphären unterdrückt oder verstärkt werden. Erschwerend kommt hinzu, dass einige dieser Bereiche möglicherweise dieselben Chemikalien enthalten, die Astronomen in der Atmosphäre des Planeten zu finden hoffen, wie beispielsweise Wasserdampf.
All diese Faktoren machen es schwierig, mit Sicherheit zu sagen, dass wichtige nachgewiesene Moleküle ausschließlich vom Planeten stammen.
Pandora wird zur Lösung dieses Problems beitragen, indem es im ersten Jahr mindestens 20 Exoplaneten und ihre Muttersterne eingehend untersucht. Der Satellit wird jeden Planeten und seinen Stern zehnmal beobachten, wobei jede Beobachtung insgesamt 24 Stunden dauert. Viele dieser Welten gehören zu den über 6.000 Planeten, die von Missionen wie dem TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) der NASA entdeckt wurden.

Hier können Sie hochauflösende Bilder aus dem Scientific Visualization Studio der NASA herunterladen.

Pandora wird sichtbares und nahes Infrarotlicht mit einem neuartigen, vollständig aus Aluminium gefertigten 17 Zoll (45 cm) breiten Teleskop sammeln, das gemeinsam vom Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien und Corning Incorporated in Keene, New Hampshire, entwickelt wurde. Der Nahinfrarotdetektor von Pandora ist ein Ersatzteil, das für das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA entwickelt wurde.

Jede lange Beobachtungsperiode wird das Licht eines Sterns sowohl vor als auch während eines Transits erfassen und dabei helfen, festzustellen, wie sich die Oberflächenmerkmale von Sternen auf die Messungen auswirken.
„Diese intensiven Untersuchungen einzelner Systeme sind bei Missionen mit hoher Nachfrage wie Webb nur schwer zu planen“, sagte Ingenieur Jordan Karburn, stellvertretender Projektleiter von Pandora in Livermore. „Außerdem sind simultane Messungen in mehreren Wellenlängen erforderlich, um das Signal des Sterns von dem des Planeten zu unterscheiden. Die langen Beobachtungen mit beiden Detektoren sind entscheidend, um die genaue Herkunft von Elementen und Verbindungen zu ermitteln, die Wissenschaftler als Indikatoren für potenzielle Bewohnbarkeit betrachten.“

Pandora ist der erste Satellit, der im Rahmen des Astrophysics Pioneers-Programms der Behörde gestartet wird, dessen Ziel es ist, spannende Astrophysik zu geringeren Kosten zu betreiben und gleichzeitig die nächste Generation von Führungskräften in der Weltraumwissenschaft auszubilden.
Nach dem Start in die niedrige Erdumlaufbahn wird Pandora einen Monat lang in Betrieb genommen, bevor er seine einjährige Hauptmission antritt. Alle Daten der Mission werden öffentlich zugänglich sein.
„Die Pandora-Mission ist ein mutiges neues Kapitel in der Erforschung von Exoplaneten”, sagte Daniel Apai, Professor für Astronomie und Planetenwissenschaften an der Universität von Arizona in Tucson, wo sich das Operationszentrum der Mission befindet. „Es ist das erste Weltraumteleskop, das speziell dafür gebaut wurde, das durch die Atmosphären von Exoplaneten gefilterte Sternenlicht detailliert zu untersuchen. Die Daten von Pandora werden Wissenschaftlern helfen, Beobachtungen aus früheren und aktuellen Missionen wie den Weltraumteleskopen Kepler und Webb der NASA zu interpretieren. Und sie werden eine Grundlage für zukünftige Projekte bei der Suche nach bewohnbaren Welten legen.“

Hier können Sie hochauflösende Videos und Bilder aus dem Scientific Visualization Studio der NASA herunterladen.

Die Missionen BlackCAT und SPARCS werden zusammen mit Pandora im Rahmen des Astrophysics CubeSat-Programms der NASA starten, wobei letzteres von der CubeSat Launch Initiative der Behörde unterstützt wird.
CubeSats sind eine Klasse von Nanosatelliten, deren Größe einem Vielfachen eines Standardwürfels mit Kantenlängen von 10 Zentimetern entspricht. Sowohl BlackCAT als auch SPARCS sind 30 x 20 x 10 Zentimeter groß. CubeSats wurden entwickelt, um einen kostengünstigen Zugang zum Weltraum zu ermöglichen, um neue Technologien zu testen und Nachwuchswissenschaftler und -ingenieure auszubilden und gleichzeitig spannende wissenschaftliche Erkenntnisse zu liefern.

Die BlackCAT-Mission wird ein Weitfeldteleskop und einen neuartigen Röntgendetektor einsetzen, um starke kosmische Explosionen wie Gammastrahlenausbrüche, insbesondere aus dem frühen Universum, und andere flüchtige kosmische Ereignisse zu untersuchen. Sie wird sich dem Netzwerk der NASA-Missionen anschließen, die diese Veränderungen beobachten. Abe Falcone von der Pennsylvania State University in University Park, wo der Satellit entworfen und gebaut wurde, leitet die Mission mit Unterstützung des Los Alamos National Laboratory in New Mexico. Kongsberg NanoAvionics US stellte den Raumfahrzeugbus zur Verfügung.

Der SPARCS CubeSat wird Flares und andere Aktivitäten von Sternen mit geringer Masse mithilfe von ultraviolettem Licht beobachten, um festzustellen, wie sie sich auf die Weltraumumgebung um umkreisende Planeten auswirken. Evgenya Shkolnik von der Arizona State University in Tempe leitet die Mission unter Beteiligung des Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien. Neben der wissenschaftlichen Unterstützung hat das JPL die Ultraviolettdetektoren und die dazugehörige Elektronik entwickelt. Blue Canyon Technologies hat den Raumfahrzeugbus hergestellt.

Pandora wird von der NASA Goddard geleitet. Livermore ist für das Projektmanagement und die Technik der Mission verantwortlich. Das Teleskop von Pandora wurde von Corning hergestellt und in Zusammenarbeit mit Livermore entwickelt, das auch die Bilddetektoren, die Steuerelektronik der Mission und alle unterstützenden thermischen und mechanischen Subsysteme entwickelt hat. Der Nahinfrarotsensor wurde von der NASA Goddard bereitgestellt. Blue Canyon Technologies lieferte den Bus und führte die Montage, Integration und Umwelttests des Raumfahrzeugs durch. Das Ames Research Center der NASA im kalifornischen Silicon Valley wird die Datenverarbeitung der Mission übernehmen. Das Missionskontrollzentrum von Pandora befindet sich an der University of Arizona, und eine Reihe weiterer Universitäten unterstützt das Wissenschaftsteam.

Verfasserin: Jeanette Kazmierczak
NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Mission Twilight auf Falcon 9

Der Beitrag Pandora-Satellit und CubeSats der NASA sollen Exoplaneten erforschen und mehr erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Bern 8. Juni 2023.

CHEOPS ist eine gemeinsame Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und der Schweiz, unter der Leitung der Universität Bern in Zusammenarbeit mit der Universität Genf. Seit dem Start im Dezember 2019 haben die extrem präzisen Messungen von CHEOPS zu mehreren wichtigen Entdeckungen auf dem Gebiet der Exoplaneten beigetragen.

Die NFS PlanetS-Mitglieder Dr. Solène Ulmer-Moll von den Universitäten Bern und Genf und Dr. Hugh Osborn von der Universität Bern nutzten die einzigartige Synergie von CHEOPS und dem NASA- Satelliten TESS, um eine Reihe von schwer identifizierbaren Exoplaneten zu entdecken. Die Planeten mit den Namen TOI 5678 b und HIP 9618 c haben die Größe von Neptun oder etwas kleiner mit 4,9 und 3,4 Erdradien. Die entsprechenden Studien wurden soeben in den Fachzeitschriften Astronomy & Astrophysics und Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht. Zwei weitere Mitglieder des internationalen Teams, Amy Tuson von der Universität Cambridge (Grossbritannien) und Dr. Zoltán Garai vom ELTE Gothard Astrophysical Observatory (Ungarn) haben die gleiche Technik verwendet, um zwei ähnliche Planeten in anderen Systemen zu identifizieren.

Die Synergie von zwei Satelliten
Der CHEOPS-Satellit beobachtet die Helligkeit von Sternen, um die leichte Abschwächung zu erfassen, die auftritt, wenn ein Planet in seiner Umlaufbahn aus unserer Sicht vor seinem Stern vorbeizieht. Durch die Suche nach diesen Verdunkelungsereignissen, den sogenannten Transits, konnten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die meisten der Tausenden von Exoplaneten entdecken, von denen bekannt ist, dass sie andere Sterne als unsere Sonne umkreisen.

«Der NASA-Satellit TESS ist hervorragend darin, die Transits von Exoplaneten aufzuspüren, selbst bei den am schwierigsten zu entdeckenden Kleinplaneten. Allerdings wechselt er alle 27 Tage sein Sichtfeld, um den grösstmöglichen Teil des Himmels schnell abzutasten. Dies hindert TESS daran, Planeten auf längeren Umlaufbahnen zu finden», erklärt Hugh Osborn. Dennoch konnte der TESS-Satellit einzelne Transite von Planeten um die Sterne TOI 5678 und HIP 9618 beobachten. Als er nach zwei Jahren in das gleiche Sichtfeld zurückkehrte, konnte er erneut ähnliche Transits um dieselben Sterne beobachten. Trotz dieser Beobachtungen war es noch nicht möglich, eindeutig auf die Anwesenheit von Planeten um diese Sterne zu schliessen, da immer noch entscheidende Informationen fehlten. «An dieser Stelle kommt CHEOPS ins Spiel: der Satellit konzentriert sich jeweils auf einen einzelnen Stern, und somit ist CHEOPS eine Nachfolgemission, die perfekt geeignet ist, diese Sterne weiter zu beobachten, um die fehlenden Informationen zu liefern», ergänzt Solène Ulmer-Moll.

Ein langwieriges «Versteckspiel»
Da das CHEOPS-Team das Vorhandensein von Exoplaneten vermutete, entwickelte es eine Methode, um nicht blindlings kostbare Beobachtungszeit zu vergeuden, in der Hoffnung, zusätzliche Transits zu entdecken. Die Forschenden wählten einen gezielten Ansatz, der auf den wenigen Hinweisen basierte, die die von TESS beobachteten Transits lieferten. Auf dieser Grundlage entwickelte Osborn eine Software, die für jeden Planeten mögliche Zeiträume vorschlägt und priorisiert. «Wir spielen dann mit den Planeten und mit dem CHEOPS-Satelliten eine Art Versteckspiel», so Osborn.

«Wir richten CHEOPS zu einem bestimmten Zeitpunkt auf ein Ziel, und je nachdem, ob wir einen Transit beobachten oder nicht, können wir einige der Möglichkeiten ausschliessen und es zu einem anderen Zeitpunkt erneut versuchen, bis wir eine eindeutige Lösung für die Umlaufzeit gefunden haben.» Es brauchte fünf bzw. vier Versuche, bis die Forschenden die Existenz der beiden Exoplaneten eindeutig bestätigen und feststellen konnten, dass TOI 5678 b eine Umlaufzeit von 48 Tagen hat, während HIP 9618 c eine Umlaufzeit von 52,5 Tagen aufweist.

Ideale Ziele für das JWST
Für die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ist die Geschichte damit noch nicht zu Ende. Mit den neu gefundenen begrenzten Zeiträumen für die Transits konnten sie sich bodengestützten Beobachtungen zuwenden, bei denen eine andere Technik, die Radialgeschwindigkeits-Methode, verwendet wurde. Dies ermöglichte es dem Team, Massen von 20 Erdmassen für TOI 5678 b respektive 7,5 Erdmassen für HIP 9618 c zu bestimmen. Wenn sowohl die Grösse als auch die Masse eines Planeten bekannt sind, lässt sich daraus normalerweise die Dichte ableiten, und die Forschenden können sich ein Bild davon machen, woraus er besteht.

«Bei Mini-Neptunen reicht die Dichte jedoch nicht aus, und es gibt noch einige Hypothesen über die Zusammensetzung der Planeten: Es könnte sich entweder um Gesteinsplaneten mit viel Gas handeln oder um Planeten, die reich an Wasser sind und die eine sehr dampfige Atmosphäre haben», erklärt Ulmer-Moll. «Da die vier neu entdeckten Exoplaneten helle Sterne umkreisen, sind sie auch für die Mission des James Webb Space Telescope JWST von grösstem Interesse: Das JWST könnte helfen, das Rätsel ihrer Zusammensetzung zu lösen», so Ulmer-Moll weiter.

Die meisten bisher beobachteten Exoplaneten-Atmosphären sind die von Heissen Jupitern, welches sehr grosse und heisse Exoplaneten sind, die nahe an ihrem Mutterstern kreisen. «Die vier neuen Planeten, die wir entdeckt haben, haben viel moderatere Temperaturen von ’nur‘ 217 bis 277ºC. Bei diesen Temperaturen können Wolken und Moleküle überleben, die andernfalls durch die grosse Hitze der Heissen Jupiter zerstört würden. Und sie könnten möglicherweise vom JWST entdeckt werden», erklärt Osborn. Die vier neu entdeckten Planeten, die kleiner sind als Heisse Jupiter und eine längere Umlaufzeit haben, sind ein erster Schritt zur Beobachtung von erdähnlichen Transitplaneten.

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.

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

Publikationen:
Two Warm Neptunes transiting HIP 9618 revealed by TESS & Cheops by H. P. Osborn et al. is published in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
doi.org/10.1093/mnras/stad1319, https://academic.oup.com/mnras/article/523/2/3069/7191657
TOI-5678 b: a 48-day transiting Neptune-mass planet characterized with CHEOPS and HARPS by S. Ulmer-Moll et al. is published in Astronomy & Astrophysics.
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2023/06/aa45478-22/aa45478-22.html
Refined parameters of the HD 22946 planetary system and the true orbital period of the planet d by Z. Garai et al. is published in Astronomy & Astrophysics.
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2023/06/aa45943-23/aa45943-23.html
TESS and CHEOPS Discover Two Warm Mini-Neptunes Transiting the Bright K-dwarf HD15906 by A. Tuson et al. is published in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
doi.org/10.1093/mnras/stad1369, https://academic.oup.com/mnras/article/523/2/3090/7191658

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Weltraumteleskop Cheops – CHaracterising ExOPlanets Satellite

Der Beitrag Geheimnisvolle Planeten spielen «Verstecken» mit CHEOPS erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie 22. November 2022.

22. November 2022 – Die detaillierten Infrarotspektren, die mit drei der vier JWST-Instrumente aufgenommen wurden, enthüllen die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre so detailliert wie nie zuvor, geben erste Anzeichen von Photochemie, liefern Informationen über die Wolkendecke des Planeten und erlauben sogar Rückschlüsse auf die Entstehung des Himmelskörpers. Die Ergebnisse zeigen ganz allgemein die Leistungsfähigkeit dieser Art von Beobachtungen mit dem JWST auf. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Informationen über Wolken, ein nahezu vollständiges chemisches Inventar, das Hinweise auf die Entstehungsgeschichte des Planeten gibt, erstmals Daten zur Photochemie – und das sind nur einige der Highlights der jetzt veröffentlichten Beobachtungen des Exoplaneten WASP-39b mit dem James Webb Teleskop (JWST). „Daten wie diese sind ein Wendepunkt“, urteilt Natalia Batalha (University of California in Santa Cruz), die das Beobachtungsprogramm koordinierte, das zu den neuen Ergebnissen führte. Die neuen Ergebnisse einer Gruppe von Astronom*innen, zu der auch MPIA-Direktorin Laura Kreidberg gehört, sind eine Art Testlauf für jene Methoden, mit denen Astronom*innen hoffen, in Zukunft auch einmal Leben auf fernen Planeten nachweisen zu können – eine Aufgabe für einen Nachfolger des JWST.

Die Leistungsfähigkeit des JWST auf die Probe stellen
Der Start des JWST am 25. Dezember 2021 hat die Gemeinschaft der Astronom*innen weltweit elektrisiert. Die ersten Bilder und Spektren, die Mitte Juli 2022 veröffentlicht wurden, schraubten die Erwartungen noch zusätzlich in die Höhe. Sie zeigten eindrücklich, um wieviel besser das Leistungsvermögen des JWST im Vergleich zu den bis dahin verfügbaren Teleskopen im gleichen Wellenlängenbereich ist: wie detailliert das Teleskop in der Lage ist, einige der am weitesten entfernten Objekte im Universum abzubilden, und wie hoch die Datenqualität für Helligkeitsmessungen und die Bestimmung astronomischer Spektren ist (also für die regenbogenartigen Zerlegungen des Lichts astronomischer Objekte, die eine Fülle von Informationen über Bewegungen, chemische Zusammensetzung und Temperatur enthalten).

Für Astronom*innen, die ihre eigenen Beobachtungen planen, waren die in diesen ersten Bildern enthaltenen Informationen natürlich nicht annähernd ausreichend. Für sie wurde JWST unmittelbar danach auf Herz und Nieren geprüft, und zwar in den ersten fünf Monaten des wissenschaftlichen Betriebs von JWST in Form der „Early Release Science Programs“. Das sind 13 Beobachtungsprogramme, die eine repräsentative Auswahl an Zielen von Objekten des Sonnensystems bis hin zu den entferntesten Galaxien abdecken und speziell so ausgewählt wurden, dass sie beobachtenden Astronomen alle Informationen liefern, die sie benötigen, um für spätere eigene Beobachtungsvorhaben die Instrumente von JWST optimal zu nutzen. Die Daten werden dementsprechend direkt nach Abschluss der Beobachtungen an die astronomische Gemeinschaft weitergegeben. Ergänzt werden sie durch „Rezeptbücher“ und gezielte Auswertungen, die zukünftige Beobachtungsplanung erleichtern sollen.

Mit allen Instrumenten auf WASP-39b
In einer Reihe von fünf Artikeln, die in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurden, können sich Astronom*innen im Rahmen dieses Programms jetzt von der Leistungsfähigkeit des JWST bei der Untersuchung der Atmosphären von Exoplaneten überzeugen – Planeten also, die um andere Sterne kreisen als um die Sonne. Die Beobachtungen sind Teil des von Batalha geleiteten Transiting Exoplanet Community Early Release Science Program und konzentrieren sich auf den Planeten WASP-39b. Der Planet ähnelt von der Masse her dem Saturn in unserem Sonnensystem (ob er Ringe besitzt, wissen wir freilich nicht), wenn auch mit aufgeblähterer Atmosphäre; er umkreist einen Stern, der nur etwas weniger Masse hat als die Sonne. Das gesamte System befindet sich in einer Entfernung von etwa 700 Lichtjahren von der Erde.

Für die jetzt veröffentlichten Beobachtungen sind sogenannte Exoplanetentransits entscheidend. Ein solcher Transit findet statt, wenn ein Planet, der einen fernen Stern umkreist, aus der Sicht von Beobachter*innen hier auf der Erde genau zwischen jenem Stern und uns vorbeizieht. Exoplaneten sind normalerweise zu weit entfernt, als dass wir bei solcher Gelegenheit im Detail sehen könnten, wie die kleine dunkle Scheibe des Planeten vor der hellen Scheibe des Sterns vorbeizieht. Was man jedoch beobachten kann, sind Helligkeitsveränderungen. Schließlich bewegt sich der Planet ja beim Transit vor seinen Stern und schattet damit einen Teil des Sternenlichts ab. Die Astronom*innen nutzten das JWST, um von Mitte bis Ende Juli 2022 vier verschiedene Transits von WASP-39b zu beobachten. Dabei kamen drei der vier wissenschaftlichen Instrumente des Weltraumteleskops zum Einsatz: NIRCam und NIRISS für jeweils einen Transit, und außerdem noch zwei Transits, die mit zwei verschiedenen Betriebsarten von NIRSpec beobachtet wurden. Als Teil eines europäischen Konsortiums hat das MPIA in Heidelberg einen direkten Bezug zu der Hardware, die hier zum Einsatz kam: die Mechanismen der Filter- und Gitterräder, mit denen NIRSpec das Licht in die verschiedenen Wellenlängen aufteilt, wurden am MPIA gefertigt.

Transit-Spektroskopie
Bei den Helligkeitsschwankungen gibt es eine zusätzliche Besonderheit. WASP-39 b besitzt eine vergleichsweise dichte Atmosphäre. Könnte man die Details der Planetenscheibe während eines Transits vor dem Hintergrund der Sternscheibe sehen, würde man deswegen die dunkle Planetenscheibe sehen, umgeben von einem dünnen farbigen Ring, mit dem sich das durch die Planetenatmosphäre gefilterte Sternenlicht bemerkbar macht.

In der farbigen Zone ist die Abschwächung des Sternenlichts farbabhängig, oder physikalisch ausgedrückt: Sie hängt von der Wellenlänge des Lichts ab, bei der wir das System beobachten. Würde die Detailaufnahme (die wir in Wirklichkeit wie gesagt nicht zur Verfügung haben) beispielsweise eine dunkle Scheibe zeigen, die von einem dünnen blauen Ring der Planetenatmosphäre umgeben ist, würde das schließlich bedeuten, dass blaues Licht die Atmosphäre durchdringen könnte, rotes Licht aber nicht so gut – und entsprechend wäre die Abschwächung des Sternenlichts bei der Beobachtung durch einen Rotfilter stärker ausgeprägt als durch einen Blaufilter.

In Studien wie den hier beschriebenen beobachtet JWST den Transit nicht durch Filter, sondern setzt stattdessen Spektroskopie ein, um den Transit gleich in jeder „Elementarfarbe“, anders gesagt: in jedem Wellenlängenbereich separat zu beobachten. Dabei wird für einen breiten Bereich von Infrarot-Wellenlängen dokumentiert, wie stark die Helligkeit bei jeder Wellenlänge während des Transits zurückgeht („Transittiefen“).

Eine Fülle von Informationen über die Atmosphäre
Durch den Vergleich solcher spektroskopischen Beobachtungen mit Modellen der Planetenatmosphäre gewannen die Astronom*innen eine Fülle von Informationen. Die erste war eine detaillierte Auflistung bestimmter Moleküle, die in der Atmosphäre vorhanden sind. Im August hatte das Team bereits den Nachweis von Kohlendioxid in der Atmosphäre von WASP-39b veröffentlicht, den ersten sicheren Nachweis dieses Moleküls in einer Exoplanetenatmosphäre.

Die jetzt veröffentlichten Arbeiten fügen eine Reihe von entscheidenden weiteren Informationen hinzu. Eine damals noch rätselhafte Auffälligkeit im Spektrum entpuppte sich als Schwefeldioxid – wiederum der erste Nachweis dieser Art in einer Exoplanetenatmosphäre. Damit lässt sich erstmals die Photochemie von Exoplaneten beobachten: Schwefeldioxidmoleküle, analog zum Ozon in der Erdatmosphäre, bilden sich, wenn die Außenbereiche der Exoplanetenatmosphäre mit hochenergetischen Photonen des Sternes wechselwirken. Dass WASP-39b so nahe an seinem Stern liegt (ein Achtel der Entfernung von Merkur zu unserer Sonne!), macht ihn zu einem idealen Labor zur Erforschung dieser Art von Reaktionen.

Hinweise auf die Planetenentstehung
Einige der Informationen lassen sogar Rückschlüsse auf die Entstehung des Planeten zu. Insbesondere das Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff, Kalium zu Sauerstoff und Schwefel zu Wasserstoff deuten auf eine Entstehungsgeschichte hin, bei der kleinere Planetenvorstufen („Planetesimale“) miteinander kollidiert sind und sich letztlich zu dem heutigen, recht großen Planeten zusammengefunden haben. Insbesondere das Kohlenstoff-Sauerstoff-Verhältnis, konkret dass Sauerstoff viel häufiger vorkommt als Kohlenstoff, deutet darauf hin, dass WASP-39b viel weiter entfernt von seinem Stern entstand und erst später auf seine jetzige, viel kleinere Umlaufbahn umgezogen ist.

Der Vergleich von Beobachtungen und Modellen gibt außerdem Aufschluss über die Wolken des Planeten: Es handelt sich um eine aufgelockerte Ansammlung von Wolken – die freilich bei den auf WASP-39b herrschenden hohen Temperaturen nicht aus Wasser, sondern aus Substanzen wie Sulfiden und Silikaten bestehen – und nicht um eine geschlossene Wolkendecke.

Hilfestellung für zukünftige Beobachtungen
Die Beobachtungen haben den Astronomen bereits einen detaillierteren Blick auf die Atmosphäre eines Exoplaneten ermöglicht als je zuvor. Das weckt Erwartungen auf viele weitere, zukünftige Entdeckungen mit ähnlichen Beobachtungen. Und genau solche Entdeckungen soll das hier durchgeführte Programm schließlich auch fördern. Deswegen stellen die Astronomen ein Rezept für die Datenanalyse ihres Datensatzes zur Verfügung und dokumentieren ausführlich ihre Erfahrungen mit dem JWST in diesem speziellen Beobachtungsmodus. Das sollte es anderen Beobachtern ermöglichen, das JWST ebenfalls für Transitbeobachtungen dieser Art zu nutzen.

MPIA-Direktorin Laura Kreidberg, die Mitglied des Transiting Exoplanet Community Early Release Science Program ist, betont, dass dies tatsächlich erst der Anfang ist: „Diese frühen Beobachtungen sind ein Vorgeschmack auf all die weiteren erstaunlichen wissenschaftlichen Ergebnisse, die mit dem JWST zu erwarten sind. Wir haben das Teleskop auf Herz und Nieren geprüft und seine Leistungsfähigkeit genau getestet. Die Beobachtungen liefen nahezu fehlerfrei – noch besser als wir gehofft hatten.“

Auf lange Sicht: Die Suche nach Leben auf anderen Planeten
Die aktuellen Beobachtungen sind außerdem für eines der größten zukünftigen Ziele der beobachtenden Astronomie von Bedeutung: den Nachweis von Spuren von Leben auf Exoplaneten. Den derzeitigen Planungen nach dürfte die Entdeckung von Leben auf einem Exoplaneten vom Nachweisprinzip her sehr ähnlich ablaufen wie die hier beschriebene Forschung: Detaillierte Transitbeobachtungen durch ein Weltraumteleskop, das ein Nachfolger von JWST ist, würden genutzt, um Daten über die Atmosphäre des Exoplaneten zu gewinnen. Ein Vergleich mit Atmosphärenmodellen würde schließlich zeigen, dass eine bestimmte Kombination von Eigenschaften – z. B. ein Überschuss an atmosphärischem Sauerstoff – auf das Vorhandensein bestimmter Arten von Lebewesen auf diesem Planeten hinweist.

Die hier beschriebenen Beobachtungen sind damit zum einen ein Testlauf für die Beobachtungstechniken, die bei dieser Art der Suche nach Leben auf anderen Planeten genutzt werden würden. Darüber hinaus liefern sie aber auch wichtige Informationen für ein umfassenderes Verständnis der Atmosphären von Exoplaneten, und ein solches deutlich besseres Verständnis wird dringend notwendig sein, um bei der Suche nach Leben zwischen der Chemie von Exoplaneten mit und ohne Beteiligung lebender Organismen unterscheiden zu können.

Hintergrundinformationen
Die hier beschriebene Arbeit wurde in der Zeitschrift Nature als fünfteilige Artikelserie veröffentlicht: Eva-Maria Ahrer et al., „JWST Early Release Science: Exoplanet transit spectroscopy with NIRCam“; Lili Alderson et al., „JWST Early Release Science: Exoplanet Transit Spectroscopy with NIRSpec“; Zafar Rustamkulov et al., „The Broadband Transmission Spectrum of WASP-39b from JWST NIRSpec PRISM Observations“; Adina D. Feinstein et al., „JWST Early Release Science: Exoplanet transit spectroscopy with NIRISS-SOSS“; Shang-Min Tsai et al., „Direct Evidence of Photochemistry in an Exoplanet Atmosphere“.

Die beteiligten MPIA-Forscher*innen sind Laura Kreidberg, Maria Steinrück, Sebastian Zieba und Thomas Mikal-Evans, als Teil des Teams für das Transiting Exoplanet Community Early Release Science Program.

Originalpublikationen:
Eva-Maria Ahrer et al., „JWST Early Release Science: Exoplanet transit spectroscopy with NIRCam“
Lili Alderson et al., „JWST Early Release Science: Exoplanet Transit Spectroscopy with NIRSpec“
Zafar Rustamkulov et al., „The Broadband Transmission Spectrum of WASP-39b from JWST NIRSpec PRISM Observations“
Adina D. Feinstein et al., „JWST Early Release Science: Exoplanet transit spectroscopy with NIRISS-SOSS“
Shang-Min Tsai et al., „Direct Evidence of Photochemistry in an Exoplanet Atmosphere“
alle: Nature (2022)

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• JWST – James Webb Space Telescope

Der Beitrag Meilenstein für Weltraumteleskop JWST: bessere Exoplaneten-Atmosphären-Beobachtungen als je zuvor erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Weltraumteleskop Cheops – CHaracterising ExOPlanets Satellite

Der Beitrag Tausend Tage CHEOPS erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Exzellenzcluster ORIGINS 15. Juni 2022.

15. Juni 2022 – Die Super-Erden wurden vor kurzem von einem internationalen Forschungsteam entdeckt, zu dem auch Dr. Karan Molaverdikhani aus der Arbeitsgruppe von ORIGINS PI Prof. Barbara Ercolano zählt. Leben ist zwar auf diesen beiden Exoplaneten eher unwahrscheinlich, sie gehören allerdings zu aussichtsreichen Kandidaten für die Beobachtungsliste des James-Webb-Weltraumteleskops – dieses soll die Atmosphären der beiden Super-Erden spektroskopisch untersuchen.

Mit Hilfe des Planetenjägers der NASA, dem „Transiting Exoplanet Survey Satellite“ (TESS), entdeckten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die zwei Geschwisterplaneten HD 260655 b und HD 260655 c, die einen nur 33 Lichtjahre entfernten, hellen, roten Zwergstern umkreisen. TESS findet Exoplaneten, indem es nach „Transits“ Ausschau hält. Dieser winzige Abfall des Sternenlichts, wenn ein Planet vor seinem Stern vorbeizieht, gibt Aufschluss über den Durchmesser des Planeten. Die Forscher nutzten auch Daten von bodengestützten Spektrographen, wie CARMENES am 3,5-Meter-Teleskop auf dem Calar Alto in Spanien, um die Existenz der beiden neuen Planeten zu bestätigen. Die Teleskope messen das „Taumeln“ eines Sterns, welches durch die Gravitationskräfte der ihn umkreisenden Planeten verursacht wird, und aus dem sich die Masse der Planeten errechnen lässt.

Heiße Welten
Aus der Kombination der Messungen konnten die Forschenden die Dichte der beiden Planeten bestimmen und bestätigten somit, dass es sich um felsige Welten handelt, die nicht nur geringfügig größer massereicher als die Erde sind. Planet b ist etwa 1,2-mal und Planet c 1,5-mal so groß wie die Erde. Allerdings ist es eher unwahrscheinlich, dass die beiden Welten Leben beherbergen, da sie beide viel zu heiß sind. Die Temperatur auf Planet b, der dem Wirtsstern am nächsten ist, wird auf 435° C geschätzt. Und selbst auf Planet c, erreicht die Temperaturskala etwa 284° C. Die Messungen deuten dabei darauf hin, dass die Planeten keine ausgedehnten Wasserstoffatmosphären besitzen.

„Die von uns neu entdeckten Planeten sind aufgrund der relativ hohen scheinbaren Helligkeit des Wirtssterns hervorragende Ziele für weitere atmosphärische Studien“, erläutert Karan Molaverdikhani von der Universitätssternwarte der Ludwig-Maximilians-Universität München. „Mit 33 Lichtjahren sind die Planeten uns relativ nah. Ihr Stern ist zwar kleiner als unsere Sonne, aber einer der hellsten seiner Klasse“, führt Molaverdikhani weiter aus. Diese und andere Faktoren erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass das James-Webb-Weltraumteleskop und vielleicht sogar das Hubble-Weltraumteleskop Licht des Sterns einfangen können, welches durch die Atmosphären dieser Planeten scheint. Spektroskopische Untersuchungen werden es dem Wissenschaftsteam ermöglichen, Rückschlüsse auf die Zusammensetzung und Struktur ihrer Atmosphären zu ziehen und Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie das Klima auf terrestrischen Planeten im Allgemeinen funktioniert, einschließlich unseres eigenen.

Publikation
Luque et al “The HD 260655 system: Two rocky worlds transiting a bright M dwarf at 10 pc”, A&A
https://arxiv.org/abs/2204.10261
pdf: https://arxiv.org/pdf/2204.10261

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Exoplaneten

Der Beitrag Zwei neue Super-Erden in „Sonnennachbarschaft“ entdeckt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Bern.

11. November 2021 – Die meisten der bisher entdeckten Exoplaneten wurden mit der Transitmethode entdeckt. Diese Technik basiert auf einer Mini-Finsternis, die entsteht, wenn ein Planet vor seinem Stern vorbeizieht. Die beobachtete Abnahme der Leuchtkraft des Sterns ermöglicht es, nach einer periodischen Bestätigung der Beobachtungen auf die Existenz eines Planeten zu schließen und seinen Durchmesser zu schätzen. Die Theorie sagt jedoch voraus, dass in vielen Planetensystemen die Wechselwirkungen zwischen den Planeten diese Periodizität verändern und ihre Entdeckung unmöglich machen.

Vor diesem Hintergrund hat ein Team von Astronominnen und Astronomen der Universität Genf, der Universität Bern und des Nationalen Forschungsschwerpunkts PlanetS in Zusammenarbeit mit der Firma Disaitek künstliche Intelligenz (KI) für die Bilderkennung eingesetzt. Sie haben einer Maschine beigebracht, die Auswirkungen von Wechselwirkungen zwischen Planeten vorherzusagen, was die Entdeckung von bisher unbekannten Exoplaneten möglich macht. Die entwickelte Methode, die einer Studie in der Fachzeitschrift Astronomy and Astrophysics beschrieben wird, könnte auf der Erde eingesetzt werden, um illegale Mülldeponien und Abfallablagerungen zu entdecken.

Die Entdeckung eines Planeten mit der Transitmethode ist ein langwieriger Prozess. Das Auffinden des von kleinen Planeten verursachten Signals in den Daten kann kompliziert, wenn nicht gar unmöglich sein, wenn Wechselwirkungen zwischen den Planeten die Periodizität des Transitphänomens verändern. Um dieser Schwierigkeit zu begegnen, müssen Instrumente entwickelt werden, die diesen Effekt berücksichtigen können.

«Deshalb haben wir uns überlegt, künstliche Intelligenz für die Bilderkennung einzusetzen», erklärt Adrien Leleu, Post-doctoral fellow in der Astronomieabteilung der Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Genf und Mitglied des Nationalen Forschungsschwerpunkt PlanetS.

Effektiv ist es möglich, einer Maschine anhand einer großen Anzahl von Beispielen beizubringen, alle Parameter zu berücksichtigen und die Auswirkungen der Wechselwirkungen zwischen den Planeten in einer bildlichen Darstellung der induzierten Wirkung vorherzusagen. Zu diesem Zweck hat sich das Forschungsteam über die Technologie- und Innovationsplattform des NFS PlanetS mit dem Unternehmen Disaitek zusammengetan.

Ein künstliches neuronales Netz zur Identifizierung von Objekten
«Bei der in diesem Projekt verwendeten KI handelt es sich um ein neuronales Netz, dessen Ziel es ist, für jedes Pixel eines Bildes zu bestimmen, welches Objekt es darstellt», erklärt Anthony Graveline, Präsident von Disaitek. Im Rahmen eines autonomen Fahrzeugs ermöglicht dieser Algorithmus die Identifizierung der Straße, des Trottoirs, der Schilder und der von der Kamera wahrgenommenen Fußgänger. Bei der Erkennung von Exoplaneten geht es darum, bei jeder Messung der Helligkeit des Sterns festzustellen, ob die Verfinsterung durch einen Planeten beobachtet wird. Das neuronale Netz trifft seine Entscheidung, indem es alle verfügbaren Beobachtungen dieses Sterns mit der Reihe von Konfigurationen vergleicht, die es beim Training gesehen hat.

«Bei den ersten Anwendungen der Methode haben wir zwei Exoplaneten – Kepler-1705b und Kepler-1705c – entdeckt, die von früheren Techniken völlig übersehen worden waren», erklärt Adrien Leleu. Die so entdeckten Planetensysteme sind eine Goldmine für das Wissen über Exoplaneten und insbesondere über Planeten des terrestrischen Typs, die im Allgemeinen schwer zu charakterisieren sind. Die entwickelte Methode ermöglicht es nicht nur, den Radius der Planeten abzuschätzen, sondern liefert auch Informationen über ihre Masse und damit über ihre Dichte und Zusammensetzung. «Der Einsatz von KI, insbesondere von ‚Deep Learning‘ wie in dieser Arbeit, findet in der Astrophysik zunehmend Verbreitung, sei es, um Beobachtungsdaten zu verarbeiten, wie wir es hier getan haben, oder um die Ergebnisse gigantischer numerischer Simulationen zu analysieren, die Terabytes von Daten produzieren. Was wir in dieser Studie entwickelt haben, ist ein neues Beispiel für den fantastischen Beitrag, den diese Techniken für unser Gebiet und wahrscheinlich für alle Forschungsbereiche leisten können», erklärt Yann Alibert, Professor für Astrophysik an der Universität Bern und wissenschaftlicher Leiter im NFS PlanetS.

Technologie für die Erdbeobachtung
Diese Technik, die sich für die astronomische Beobachtung bewährt hat, kann auch für die Beobachtung der Erde und ihrer Umwelt eingesetzt werden. «Bei der Entwicklung dieser Technologie haben wir schnell erkannt, dass sie auch für andere Probleme eingesetzt werden kann, für die nur wenige Daten zur Verfügung stehen», erklärt Grégory Châtel, Leiter der Abteilung Forschung und Entwicklung bei Disaitek. Mit Hilfe von hochauflösenden Satellitenbildern setzt Disaitek diese KI nun zur Lösung von Umweltproblemen ein, insbesondere zur Erkennung von illegalen Müllablagerungen.

Publikation
A. Leleu, G. Chatel, S. Udry, Y. Alibert, J.-B. Delisle, R. Mardling, Alleviating the transit timing variation bias in transit surveys. I. RIVERS: Method and detection of a pair of resonant super-Earths around Kepler-1705, Astronomy and Astrophysics

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Exoplaneten

Der Beitrag Entdeckung von Exoplaneten durch künstliche Intelligenz erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Bern.

Sogenannte Fotobomben – wenn ein Objekt oder eine Person während der Aufnahme eines Fotos unerwartet in das Sichtfeld der Kamera gerät – passieren jeden Tag. Manchmal ist es ein Bekannter, ein anderes Mal eine Fremde oder vielleicht ein Vogel. Selten jedoch ist es ein ganzer Planet. Doch genau das passierte, als das von der Schweiz geleitete Weltraumteleskop CHEOPS Bilder von einem 50 Lichtjahre entfernten Planetensystem aufnahm.

Ein Planet wie kein anderer
Das Planetensystem befindet sich im Sternbild Lupus (lateinisch für Wolf), um einen Stern namens Nu2 Lupi, der mit bloßem Auge sichtbar ist (allerdings nicht von der Schweiz aus). Im Jahr 2019 gaben Schweizer Astronomen die Entdeckung von drei Exoplaneten um diesen hellen, sonnenähnlichen Stern bekannt. Die drei Exoplaneten haben Massen zwischen denen von Erde und Neptun (17-mal jene der Erde) und brauchen 12, 28 und 107 Tage, um ihren Mutterstern zu umkreisen. «Was diese Exoplaneten wirklich herausragend macht, ist, dass wir sie direkt vor ihrem Stern vorbeiziehen sehen können; man spricht von einem ‚Transit’», sagt Yann Alibert, Professor für Astrophysik an der Universität Bern und Mitautor der Studie, die soeben in der Fachzeitschrift Nature Astronomy publiziert wurde. «Das wussten wir bereits über die beiden inneren Planeten, was uns dazu veranlasste, CHEOPS überhaupt auf das System zu richten. Der dritte Planet ist jedoch ziemlich weit vom Stern entfernt, seinen Transit hatte niemand erwartet», ergänzt Alibert. Je weiter der Planet von seinem Stern entfernt ist, desto unwahrscheinlicher ist nämlich ein Transit.

Es ist das erste Mal, dass ein Exoplanet mit einer Umlaufzeit von über 100 Tagen – was einer Entfernung vom Stern entspricht, die irgendwo zwischen der von Merkur und Venus von der Sonne liegt – entdeckt wurde, der einen Stern kreuzt, der hell genug ist, um mit bloßem Auge sichtbar zu sein.

«Aufgrund seiner relativ langen Umlaufzeit ist die Menge an stellarer Strahlung, die den Planeten erreicht, im Vergleich zu vielen anderen entdeckten Exoplaneten mild. Je weniger Strahlung ein Planet erhält, desto weniger verändert er sich im Laufe der Zeit. Daher könnte ein Planet mit einer langen Periode mehr Informationen über seine Entstehung bewahrt haben», sagt David Ehrenreich, Professor an der Universität Genf und Missionswissenschaftler von CHEOPS, der an der Studie mitbeteiligt war. Doch die wenigen solchen Exoplaneten, die Astronominnen und Astronomen bisher gefunden hatten, umkreisten schwach strahlende Sterne. Mit anderen Worten: Wenig von ihrem Licht erreicht die Erde und macht sie daher schwer zu untersuchen. Nicht so dieses Mal: «Da sein heller Wirtsstern recht nahe bei uns ist, lässt er sich leichter untersuchen. Das macht ihn zu einem beispiellosen Ziel für zukünftige Studien», ergänzt Ehrenreich.

Weitere Erkenntnisse von anderen Teleskopen
Die hochpräzisen Messungen von CHEOPS zeigen, dass der dritte Planet, nu2 Lupi d genannt, etwa 2,5-mal so groß ist wie die Erde und fast 9-mal so schwer. Durch die Kombination dieser Messungen mit Archivdaten von anderen Observatorien und numerischen Modellen, die von der Universität Bern entwickelt wurden, konnte Laetitia Delrez, Gastforscherin an der Universität Genf und Hauptautorin der Studie, die Dichte und Zusammensetzung des Planeten und seiner Nachbarn genau charakterisieren. «Der innerste Planet ist hauptsächlich felsig, während die beiden äußeren von Hüllen aus Wasserstoff- und Heliumgasen umhüllt zu sein scheinen, unter denen sie große Mengen an Wasser enthalten», erklärt Delrez. Dies ist weit mehr Wasser, als die Erde hat: Ein Viertel der Masse jedes Planeten besteht aus Wasser, verglichen mit weniger als 0,1% im Falle der Erde. Dieses Wasser ist jedoch nicht flüssig, sondern liegt in Form von Hochdruckeis oder Hochtemperaturdampf vor, was die Planeten unbewohnbar macht. Doch diese Erkenntnisse könnten nur der Anfang sein.

«Jetzt, da wir entdeckt haben, dass alle drei Planeten Transite zeigen und ihre Eigenschaften genau gemessen haben, ist der nächste Schritt, sie mit größeren und leistungsfähigeren Instrumenten als CHEOPS zu untersuchen. Wie dem Hubble-Weltraumteleskop oder seinem Nachfolger, dem James Webb-Weltraumteleskop. Sie könnten weitere Details aufdecken, etwa die Zusammensetzung der Atmosphäre», sagt Ehrenreich. Angesichts seiner Gesamteigenschaften und seiner Umlaufbahn wird Planet d das Aushängeschild für Exoplaneten mit einer Atmosphäre von milder Temperatur um einen sonnenähnlichen Stern werden.

Publikation:
L. Delrez et al.: Transit detection of the long-period volatile-rich super-Earth ν2 Lupi d with CHEOPS, Nature Astronomy.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Weltraumteleskop Cheops – CHaracterising ExOPlanets Satellite
• Exoplaneten

Der Beitrag Einzigartiger Exoplanet platzt in CHEOPS-Studie erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie.

Trotz seiner geringen Distanz zu seiner Muttersonne hat der als Gliese 486b bezeichnete Planet möglicherweise einen Teil seiner ursprünglichen Atmosphäre behalten. Daher eignet er sich besonders gut, um seine Gashülle und sein Inneres mit der kommenden Generation von weltraum- und bodengestützten Teleskopen zu untersuchen.

Mit dem Aufkommen effizienter Einrichtungen zur Exoplanetenjagd stieg die Zahl der neu entdeckten Welten außerhalb des Sonnensystems schnell in die Tausende. Durch die Kombination verschiedener Beobachtungstechniken haben Astronomen Planetenmassen, Größen und sogar Massendichten bestimmt, die es ihnen erlauben, ihre innere Zusammensetzung abzuschätzen. Das nächste Ziel, diese erdähnlichen Exoplaneten durch die Untersuchung ihrer Atmosphären vollständig zu charakterisieren, ist eine viel größere Herausforderung. Besonders bei Gesteinsplaneten wie der Erde besteht eine solche Atmosphäre nur aus einer dünnen Schicht, wenn sie überhaupt existiert. Aus diesem Grund bleiben viele aktuelle Atmosphärenmodelle von Gesteinsplaneten ungeprüft.

Planetenatmosphären müssen bestimmte Voraussetzungen erfüllen, um sie mit Observatorien der nächsten Generation zu beobachten. In einer Entfernung von nur 26 Lichtjahren haben Wissenschaftler des CARMENES-Konsortiums (Calar Alto high-Resolution search for M dwarfs with Exoearths with Near-infrared and optical Échelle Spectrographs) nun einen Planeten gefunden, der den roten Zwergstern Gliese 486 umkreist und diese Anforderungen an Gesteinsplaneten perfekt erfüllt. Der neu entdeckte Planet mit der Bezeichnung Gliese 486b ist eine Super-Erde mit einer Masse, die 2,8-mal so groß ist wie die unseres Heimatplaneten. Er ist außerdem 30 % größer als die Erde. Die Wissenschaftler verwendeten die Methoden der Transitphotometrie wie auch der Radialgeschwindigkeitsspektroskopie, um ihre Ergebnisse zu gewinnen.

„Die Nähe dieses Exoplaneten ist spannend, weil wir ihn mit leistungsstarken Teleskopen wie dem kommenden James Webb Space Telescope und den zukünftigen Extremely Large Telescopes genauer untersuchen können“, erklärt Trifon Trifonov. Er ist Planetenforscher am Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) und Hauptautor des Artikels, in dem diese Entdeckung vorgestellt wird.

Berechnet man aus den ermittelten Massen und Radien die mittlere Dichte des Planeten, so zeigt sich, dass er eine ähnliche Zusammensetzung wie Venus und die Erde hat, einschließlich eines metallischen Kerns. Jeder, der auf Gliese 486b steht, würde eine Anziehungskraft spüren, die 70 % stärker ist als die, die wir auf unserer Heimatwelt erfahren.

Gliese 486b umkreist sein Muttergestirn auf einer Kreisbahn innerhalb von 1,5 Tagen und in einem Abstand von 2,5 Millionen Kilometern. Eine Drehung um die eigene Achse dauert genauso lange, so dass eine Seite immer dem Stern zugewandt ist. Obwohl der Stern Gliese 486 viel lichtschwächer und kühler als die Sonne ist, ist die Einstrahlung so intensiv, dass sich die Oberfläche des Planeten auf mindestens 700 Kelvin (ca. 430 °C) aufheizt. In diesem Sinne ähnelt die Oberfläche von Gliese 486b wahrscheinlich eher der Venus als der Erde, mit einer heißen und trockenen Landschaft, die von glühenden Lavaströmen durchzogen ist. Im Gegensatz zur Venus hat Gliese 486b aber möglicherweise nur eine dünne Atmosphäre, wenn überhaupt. Modellrechnungen könnten mit beiden Szenarien übereinstimmen, da die Einstrahlung von Sternen dazu führen kann, dass Atmosphären verdampfen. Gleichzeitig trägt die Schwerkraft des Planeten dazu bei, dass sie erhalten bleibt. Es ist schwierig, das Gleichgewicht zwischen diesen beiden Beiträgen zu bestimmen.

„Die Entdeckung von Gliese 486b war ein Glücksfall. Hundert Grad heißer und die gesamte Oberfläche des Planeten wäre Lava. Seine Atmosphäre würde aus verdampftem Gestein bestehen“, schildert José A. Caballero vom Centro de Astrobiología (CSIC-INTA, Spanien) und Mitautor der Studie. „Wäre Gliese 486b hingegen hundert Grad kälter, wäre er für Folgebeobachtungen ungeeignet gewesen.“

Die zukünftigen Messungen, die dem CARMENES-Team vorschweben, nutzen die Bahnorientierung aus, die Gliese 486b dazu veranlasst, aus unserem Blickwinkel die Oberfläche des Zentralgestirns zu kreuzen. Wann immer dies geschieht, scheint ein winziger Bruchteil des Sternenlichts durch die dünne Hülle der Atmosphäre, bevor es die Erde erreicht. Die verschiedenen Verbindungen absorbieren das Licht bei bestimmten Wellenlängen und hinterlassen ihren Fußabdruck im Signal. Mit Hilfe von Spektrografen spalten die Astronomen das Licht nach Wellenlängen auf und suchen nach Absorptionsmerkmalen, um daraus die Zusammensetzung und Dynamik der Atmosphäre abzuleiten. Diese Methode wird auch als Transitspektroskopie bezeichnet.

Eine zweite spektroskopische Messung, die so genannte Emissionsspektroskopie, ist geplant, wenn Teile der beleuchteten Hemisphäre wie Mondphasen während des Umlaufs von Gliese 486b sichtbar werden, bis er hinter dem Stern verschwindet. Das Spektrum enthält Informationen über die helle, heiße Planetenoberfläche.

„Wir können es kaum erwarten, bis die neuen Teleskope zur Verfügung stehen“, sagt Trifonov. „Die Ergebnisse werden uns dabei helfen zu verstehen, wie gut Gesteinsplaneten ihre Atmosphären halten können, woraus sie bestehen und wie sie die Energieverteilung auf den Planeten beeinflussen.“

Sowohl Trifonov als auch Caballero arbeiten im CARMENES-Projekt mit, dessen Konsortium elf Forschungseinrichtungen in Spanien und Deutschland umfasst. Das Ziel ist es, rund 350 rote Zwergsterne mit einem Spektrografen am 3,5-Meter-Teleskop auf dem Calar Alto (Spanien) auf Anzeichen von massearmen Planeten zu untersuchen. Diese Studie beinhaltet zusätzliche spektroskopische Messungen, um Rückschlüsse auf die Masse von Gliese 486b zu ziehen. Die Forschenden haben Beobachtungen mit dem MAROON-X-Instrument am 8,1-Meter-Gemini-Nord-Teleskop (USA) durchgeführt und Archivdaten vom 10-Meter-Keck-Teleskop (USA) und dem 3,6-Meter-Teleskop der ESO (Chile) abgerufen.

Photometrische Beobachtungen zur Ableitung der Planetengröße stammen unter anderem von der TESS-Sonde (Transiting Exoplanet Survey Satellite) der NASA (USA), dem MuSCAT2-Instrument (Multicolour Simultaneous Camera for studying Atmospheres of Transiting exoplanets 2) am 1,52-m-Telescopio Carlos Sánchez am Observatorio del Teide (Spanien) und dem LCOGT (Las Cumbres Observatory Global Telescope).

Hintergrundinformationen
Das Team besteht aus T. Trifonov (Max-Planck-Institut für Astronomie [MPIA]), J. A. Caballero (Centro de Astrobiología [CAB]), J. C. Morales (Institut de Ciències de l’Espai [ICE] und Institut d’Estudis Espacials de Catalunya [IEEC-CSIC]), A. Seifahrt (The University of Chicago), I. Ribas (ICE/IEEC-CSIC), A. Reiners (Institut für Astrophysik, Georg-August-Universität Göttingen [Uni Göttingen]), J. L. Bean (The University of Chicago), R. Luque (Instituto de Astrofísica de Canarias [IAC] und Universidad de La Laguna [ULL]), H. Parviainen (IAC/ULL), E. Pallé (IAC/ULL), S. Stock (Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg [ZAH]) , M. Zechmeister (The University of Chicago), P. J. Amado (Instituto de Astrofísica de Andalucía [IAA-CSIC]), G. Anglada-Escudé (ICE/IEEC-CSIC), M. Azzaro (Centro Astronómico Hispano-Alemán [CAHA]), T. Barclay (NASA Goddard Space Flight Center und Universität von Maryland), V. J. S. Béjar (IAC/ULL), P. Bluhm (ZAH), N. Casasayas-Barris (IAC/ULL), C. Cifuentes (CAB), K. A. Collins (Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian [CfA]), K. I. Collins (George Mason University), M. Cortés-Contreras (CAB), J. de Leon (The University of Tokyo), S. Dreizler (Uni Göttingen), C. D. Dressing (University of California in Berkeley), E. Esparza-Borges (IAC/ULL), N. Espinoza (Space Telescope Science Institute), M. Fausnaugh (Massachusetts Institute of Technology [MIT]), A. Fukui (The University of Tokyo), A. P. Hatzes (Thüringer Landessternwarte Tautenburg), C. Hellier (Keele University), Th. Henning (MPIA), C. E. Henze (NASA Ames Research Center), E. Herrero (ICE/IEEC-CSIC), S. V. Jeffers (Uni Göttingen), J. M. Jenkins (NASA Ames Research Center), E. L. N. Jensen (Swarthmore College), A. Kaminski (ZAH), D. Kasper (The University of Chicago), D. Kossakowski (MPIA), M. Kürster (MPIA), M. Lafarga (ICE/IEEC-CSIC), D. W. Latham (CfA), A. W. Mann (University of North Carolina at Chapel Hill,), K. Molaverdikhani (ZAH), D. Montes (Departamento de Física de la Tierra y Astrofísica & IPARCOS-UCM), B. T. Montet (University of New South Wales), F. Murgas (IAC und Departamento de Astrofísica, ULL), N. Narita (The University of Tokyo, Japan Science and Technology Agency, Astrobiology Center, and IAC), M. Oshagh (IAC and Departamento de Astrofísica, ULL), V. M. Passegger (Universität Hamburg und University of Oklahoma,), D. Pollacco (University of Warwick), S. N. Quinn (CfA), A. Quirrenbach (ZAH), G. R. Ricker (MIT), C. Rodríguez López (IAA), J. Sanz-Forcada (CAB), R. P. Schwarz (Patashnick Voorheesville Observatory), A. Schweitzer (Universität Hamburg), S. Seager (MIT), A. Shporer (MIT), M. Stangret (IAC/ULL), J. Stürmer (Universität Heidelberg), T. G. Tan (MIT), P. Tenenbaum (MIT), J. D. Twicken (SETI Institute und NASA Ames Research), R. Vanderspek (MIT), und J. N. Winn (Princeton University).

Originalveröffentlichung
T. Trifonov, J. A. Caballero, J. C. Morales et al.
A nearby transiting rocky exoplanet that is suitable for atmospheric investigation
Science (2021)
https://www.mpg.de/16468106/mpia_pr_trifonov_2021_science_preprint.pdf

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Exoplaneten

Der Beitrag Eine nahe, glühend heiße Super-Erde erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: DLR.

Die Welt der Exoplaneten – Planeten, die andere Sterne umkreisen – wird immer vielfältiger und facettenreicher. Die Einteilung der Planeten unseres Sonnensystems in Gesteins- und Gasplaneten kann den unterschiedlichen Eigenschaften, die man bei den über 4000 in anderen Sternsystemen entdeckten Planeten gefunden hat, nicht gerecht werden. Die schiere Zahl an Neuentdeckungen ist aber nicht entscheidend. Vielmehr geht es um die genaue Charakterisierung durch Parameter wie Radius und Masse sowie um den inneren Aufbau des Planetenkörpers. Erst dadurch kann man etwas über die Entstehung und Entwicklung von Planeten erfahren. Die Teleskopanlage NGTS in den chilenischen Anden ermöglichte jüngst weitere wichtige Entdeckungen.

Über die Entdeckung dreier interessanter außergewöhnlicher Exoplaneten mit Beteiligung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) wurde zum Teil schon in den vergangenen Wochen in Fachzeitschriften berichtet. Ganz aktuell kommt heute eine Veröffentlichung in Nature Astronomy über einen superschnellen und superheißen Planeten, LTT 9779b, dazu.

Bei all diesen Entdeckungen ist das DLR beteiligt, insbesondere über die Nutzung der Teleskopanlage NGTS (Next Generation Transit Survey), einer Teleskopanlage in Chile am Paranal-Observatorium, die seit 2015 in Betrieb ist. Acht der zwölf Kameras der Teleskopanlage steuerte das DLR bei. So hat NGTS bereits eine Reihe von Planeten entdeckt und zur Charakterisierung bereits bekannter Planeten beigetragen.

NGTS-11b – so groß wie Saturn und kühler als viele andere Exoplaneten
NGTS-11b ist ein Planet von der Größe des Saturn, der seinen Stern aber nur in rund 35 Tagen umkreist. Die Entdeckungsgeschichte beginnt mit einem einzelnen Transit, einer Passage des Planeten vor seinem Stern, der vom Weltraumraumteleskop TESS der NASA 2018 aufgenommen wurde. Da TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) aber die meisten Beobachtungssegmente nicht länger als 27 Tage untersucht, blieb es bei diesem einzelnen Transit. Ohne die systematische Suche über 79 Nächte mit einem der NGTS-Teleskope wäre der Planet ‚verloren‘ gegangen. NGTS konnte aber einen zweiten Transit aufzeichnen, 390 Tage nach der Transitbeobachtung durch TESS. Aber auch damit konnte man die Umlaufzeit noch nicht genau bestimmen, jedoch immerhin deutlich einschränken: es konnten nicht mehr als 390 Tage sein, oder ganzzahlige Bruchteile davon.

Radialgeschwindigkeitsbeobachtungen des Planetensystems mit zwei verschiedenen Spektrographen an zwei verschiedenen Teleskopen lieferten weitere Informationen. Diese Entdeckung zeigt deutlich, wie wichtig hochpräzise photometrische Messungen vom Boden aus sind. Ohne die NGTS-Beobachtung hätte man den zweiten Transit dieses Planeten nicht entdecken und damit auch nicht seine Umlaufzeit bestimmen können. Aus der Umlaufzeit leitet sich der Abstand zum Zentralstern ab und damit auch seine Oberflächentemperatur. Mit 160 Grad Celsius ist es auf diesem Planeten zwar immer noch wärmer als auf der Erde, aber kühler als auf Venus oder Merkur und der Mehrzahl der entdeckten Planeten, viele von ihnen mit Temperaturen von über 1000 Grad Celsius. Diese Beobachtungen zeigen deutlich das Potential von NGTS: Mit der Multiteleskopanlage ist es möglich, über lange Beobachtungszeiträume nach schwachen Signalen (kleinen „Transitdips“) zu suchen, wie sie neptungroße Planeten um einen sonnenähnlichen Stern verursachen.

TOI-849b – Bewohner der Neptunwüste
TOI-849b ist der Planetenkern eines Gasriesen. Er ist ein ‚Bewohner der Neptunwüste‘, jener Region im Masse-Perioden-Diagramm, in dem bisher nur sehr wenige Planeten entdeckt wurden – NGTS-4b ist einer der wenigen. Generell scheint es dort an Planeten mit kurzen Umlaufzeiten und Massen wie jener des Neptun zu mangeln, also etwa dem 15- bis 20-fachen der Erdmasse. Mit einer Umlaufzeit von nur 18 Stunden hat TOI-849b einen Radius wie Neptun, ist aber doppelt oder sogar dreimal so schwer und damit ein recht dichtes Objekt. Es muss eine sehr ungewöhnliche Entwicklung hinter sich haben. Es könnte einmal ein Gasriese gewesen sein, der seine Atmosphäre durch äußere Einwirkung verloren hat. Oder es ist ein Gasriese, der es aber nicht geschafft hat, im Laufe seiner Entwicklung eine atmosphärische Hülle anzusammeln. Dieser Planet wurde zuerst von TESS entdeckt und als Einwohner der ‚Neptun-Wüste‘ identifiziert. Nachbeobachtungen von vier Transitereignissen mit den NGTS-Teleskopen bestätigten die Entdeckung und verfeinerten die Werte für Radius und Umlaufzeit.

LTT 9779b – superschnell und superheiß
LTT 9779b ist ein weiterer Einwohner der ‚Neptun-Wüste‘: superheiß und superschnell, ganz ähnlich zu TOI-849. Er wurde ebenso zunächst von TESS entdeckt und dann von bodengebundenen Teleskopen wie NGTS nachbeobachtet. Wie TOI-849b braucht auch dieser Planet für einen Umlauf nur etwas mehr als 18 Stunden und umkreist seinen Stern daher so dicht, dass er wahrscheinlich eine Temperatur von über 1700 Grad Celsius hat. Bei solchen Temperaturen sind alle Moleküle zerfallen und alle Eisenatome ionisiert. Auch hier stellt sich die Frage, wie sich dieser Planet entwickelt hat und wie er seine Atmosphäre unter der starken Einstrahlung halten konnte.

Bei den beiden letztgenannten Planetenentdeckungen wurde der neuentwickelte Multi-Teleskop-Modus verwendet. Dabei beobachten alle Teleskope der NGTS-Anlage das gleiche Objekt. Das verbesserte Verhältnis von beobachtetem Signal zum Hintergrundrauschen kann Transitsignale entdecken, bei denen die Helligkeit des Sterns durch die vorbeiziehenden Planeten um ein Tausendstel abnimmt.

Damit können mit NGTS-Beobachtungen Bereiche mit Planetenentdeckungen gefüllt werden, die von weltraumgestützten Teleskopen so nicht alleine abgedeckt werden können und ergänzt damit vergangene, gegenwärtige und zukünftige Weltraummissionen wie Kepler, TESS oder PLATO.

Über NGTS
Die Teleskopanlage des Next-Generation Transit Survey (NGTS) wurde von einem Konsortium britischer, schweizerischer und deutscher Institutionen errichtet und befindet sich am Paranal-Observatorium der Europäischen Südsternwarte (ESO) in der Atacamawüste im Norden Chiles. Dort kann sie sowohl von den hervorragenden Beobachtungsbedingungen vor Ort als auch von technischer Unterstützung seitens der vorhandenen Einrichtungen profitieren. Sie ist auf die großflächige Durchmusterung des Himmels ausgelegt und wurde maßgeblich vom DLR finanziert. Acht der zwölf Kameras der Teleskopanlage stammen vom DLR. Wissenschaftler des Instituts für Planetenforschung werten im internationalen Team die Daten aus. NGTS ist so konzipiert, dass es vollkommen automatisiert kontinuierlich auf der Suche nach Exoplanetentransits die Helligkeit von mehreren 100.000, vergleichsweise hellen Sternen am Südhimmel vermisst.

Publikationen:
NGTS-11 b / TOI-1847 b: A transiting warm Saturn recovered from a TESS single-transit event
S. Gill et al, Astrophysical Journal Letters, Vol 898, 20. July 2020, DOI: 10.3847/2041-8213/ab9eb9

A remnant planetary core in the hot-Neptune desert
D. A. Armstrong et al, Nature, Vol 583, 2 July 2020, DOI: 10.10387s41586-020-2421-7

An ultahot Neptune in the Neptune Desert
J. S. Jenkins et al, Nature Astronomy, DOI: 10.1038/s41550-020-1142-z

Verwandte Meldung bei Raumfahrer.net:

• Neues Teleskop-Projekt beginnt mit Exoplaneten-Suche (16. Januar 2015)

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Exoplaneten

Der Beitrag DLR: NGTS-Such­kam­pa­gne ist Erfolgsgeschichte erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP).

Zieht ein Exoplanet vor seinem Stern vorüber, scheint ein Teil des Sternenlichts durch die Atmosphäre des Planeten. Obwohl der Einfluss des Planeten auf das Sternenlicht nur sehr gering ist, enthält es auch das chemische und physikalische Signal seiner Atmosphäre. Die Messung der atmosphärischen Bestandteile wird in der Astrophysik als Transmissionsspektroskopie bezeichnet. Sie ist eine relativ neue, aber erfolgsversprechende Methode. Bereits eine Vielzahl von Exoplanet-Transiten ließen sich damit nachweisen. „Die Untersuchungen finden jedoch bisher nur Anwendung bei übergroßen Jupiter-ähnlichen Planeten, die ihren Stern sehr nah umkreisen. Noch mehr sind wir freilich an Transits von erdähnlichen Planeten interessiert und daran, ob wir komplexere molekulare Signaturen, die möglicherweise sogar auf Leben hindeuten, nachweisen können“, berichtet der leitende Autor der jetzt veröffentlichten Studie, Klaus Strassmeier, Direktor am Leibniz-Institut für Astrophysik in Potsdam (AIP). „Eine totale Mondfinsternis, die sich von unserem eigenen Mond aus gesehen als totale Sonnenfinsternis darstellt, ist aber nichts anderes als ein Transit unserer eigenen Erde vor der Sonnenscheibe und indirekt beobachtbar.“

Das Sonnenlicht, das durch die Erdatmosphäre dringt, bevor es der Mond zurück zur Erde reflektiert, wird als Erdschein bezeichnet. Die biologische Aktivität auf der Erde hat viele Nebenprodukte wie Sauerstoff und Ozon in Verbindung mit Wasserdampf, Methan und Kohlendioxid. Diese biogenen Moleküle lassen sich in den Atmosphären anderer Planeten bei optischen und nahinfraroten Wellenlängen nachweisen. Erdscheinbeobachtungen erlauben, die Existenz biogener und verwandter chemischer Elemente mit denselben Techniken für einen bewohnbaren Planeten zu überprüfen, die ansonsten zur Beobachtung von Sternen mit sehr großen Planeten verwendet werden. Sie sind somit ein idealer Test für zukünftige Studien entfernter erdähnlicher Planeten mit der neuen Generation extrem großer Teleskope.

Im Januar 2019 ereignete sich eine totale Mondfinsternis, bei der sich der Mond um das 20.000-fache verdunkelte. Für die Beobachtungen wurde daher die Lichtsammelfähigkeit des 11,8 m Large Binocular Teleskops (LBT) benötigt. Darüber hinaus war die hohe spektrale Auflösung des Instruments PEPSI (Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument) erforderlich, um den erwarteten Einfluss der Erdatmosphäre vom normalen Sonnenspektrum zu trennen.

„PEPSI hat bereits bedeutende Beiträge zur Untersuchung von Exoplaneten geleistet, indem es deren Transit vor ihrer Sonne beobachtet hat“, fügt Christian Veillet, Direktor des LBT-Observatoriums, hinzu. „Die Beobachtung der Erde als Exoplanet dank einer totalen Mondfinsternis vom LBT-Standort in Arizona und die Ergänzung von Polarimetrie zur exquisiten Auflösung des PEPSI-Spektrographen führten zum Nachweis von Natrium, Kalzium und Kalium in der Erdatmosphäre.“

Publikation

Klaus G. Strassmeier, Ilya Ilyin, Engin Keles, Matthias Mallonn, Arto Järvinen, Michael Weber, Felix Mackebrandt, and John M. Hill, 2020, Astronomy & Astrophysics, in press High-resolution spectroscopy and spectropolarimetry of the total lunar eclipse January 2019

Über das AIP

Das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) widmet sich astrophysikalischen Fragen, die von der Untersuchung unserer Sonne bis zur Entwicklung des Kosmos reichen. Forschungsschwerpunkte sind dabei kosmische Magnetfelder und extragalaktische Astrophysik sowie die Entwicklung von Forschungstechnologien in den Bereichen Spektroskopie, robotische Teleskope und E-Science. Seinen Forschungsauftrag führt das AIP im Rahmen zahlreicher nationaler, europäischer und internationaler Kooperationen aus. Das Institut ist Nachfolger der 1700 gegründeten Berliner Sternwarte und des 1874 gegründeten Astrophysikalischen Observatoriums Potsdam, das sich als erstes Institut weltweit ausdrücklich der Astrophysik widmete. Seit 1992 ist das AIP Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft.

Mehr über PEPSI & LBT

PEPSI – Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument für das LBT

http://www.lbto.org

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Planet Erde

Der Beitrag Totale Mondfinsternis: Beobachtung der Erde als Transitplanet erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP).

Das Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument (PEPSI) am Large Binocular Telescope (LBT) in Arizona wurde zur Untersuchung der Atmosphäre auf dem jupiterähnlichen Exoplaneten HD189733b verwendet. Die chemischen Elemente Natrium und Kalium werden schon seit den frühesten theoretischen Vorhersagen vor 20 Jahren vor allem in der Atmosphäre von „heißen Jupitern“ erwartet, einige tausend Kelvin heißen Gasplaneten, die eng um ferne Sterne kreisen. Während Natrium schon früh auch in hochauflösenden Messungen gefunden werden konnte, war dies bei Kalium nicht der Fall, was der Atmosphärenchemie und -physik einige Rätsel aufgab.

Die Elemente können entdeckt werden, wenn man das Lichtspektrums des Heimatsterns analysiert, während der Planet von der Erde aus gesehen vor ihm vorbeizieht. Die unterschiedlichen Elemente hinterlassen im Lichtspektrum spezifische Absorptionssignale, dunkle Linien, die auf die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre Rückschlüsse ziehen lassen. Wolken in der Atmosphäre der heißen Jupiter können diese Absorptionssignale jedoch stark abschwächen und damit den Nachweis der entsprechenden Elemente erschweren. Selbst für den bisher am besten untersuchten heißen Jupiter HD189733b gab es bisher nur sehr vage und ungenaue Kenntnisse zur Kaliumabsorption in der Atmosphäre. Der 64 Lichtjahre entfernte, in etwa jupitergroße Exoplanet, umkreist seinen Heimatstern – ein Zwergstern mit 0,8 Sonnenmassen – 30 mal näher als die Erde die Sonne und braucht dafür nur 53 Stunden. Erst mit der großen Lichtsammelfläche der zwei 8,4-Meter-Spiegel am LBT und den hohen spektralen Auflösungsmöglichkeiten von PEPSI gelang es nun zum ersten Mal, Kalium in den atmosphärischen Schichten über den Wolken definitiv nachzuweisen. Mit den neuen Messungen können Forscherinnen und Forscher nun die Absorptionssignale von Kalium und Natrium vergleichen und damit mehr über Kondensations- und Ionisationsprozesse in diesen Exoplanetenatmosphären erfahren.

Die hierfür am LBT angewendete Technik heißt Transmissionsspektroskopie. Dazu ist es erforderlich, dass der Exoplanet vor seinem Heimatstern vorbeizieht. „Wir haben eine Zeitreihe von Lichtspektren während des Vorbeizugs des Planeten vor seinem Stern aufgenommen und die Absorptionstiefe verglichen“, erklärt der Hauptautor der Studie, Engin Keles, AIP-Doktorand in der Gruppe Sternphysik und Exoplaneten. „Während des Transits entdeckten wir dann die Kaliumsignatur, die vor und nach dem Transit wie erwartet verschwand, was darauf hindeutet, dass die planetarische Atmosphäre die Absorption verursacht.“ Untersuchungen anderer Teams zielten bereits darauf ab, Kalium auf demselben Exoplaneten zu entdecken, jedoch wurde entweder nichts gefunden oder das Gefundene war zu schwach, um statistisch bedeutsam zu sein.

Bisher gab es keinen signifikanten Nachweis von Kalium in hochauflösenden Beobachtungen von Exoplaneten. „Unsere Beobachtungen haben den Durchbruch geschafft“, betont Projekt-Mitverantwortlicher Dr. Matthias Mallonn, dem PEPSI-Projektleiter Prof. Klaus Strassmeier zustimmt: „PEPSI ist für diese Aufgabe gut geeignet, da es auf Grund seiner hohen spektralen Auflösung mehr Photonen pro Pixel aus sehr schmalen Spektrallinien sammeln kann als jede andere Teleskop-Spektrograph-Kombination.“

„Sowohl als Spektrograph als auch als Polarimeter hat PEPSI bereits bedeutende Beiträge zur Sternphysik geleistet“, ergänzt Christian Veillet, Direktor des LBT-Observatoriums. „Dieser starke Nachweis von Kalium in der Atmosphäre eines Exoplaneten etabliert PEPSI als erstaunliches Werkzeug zur Charakterisierung von Exoplaneten und als einzigartige Bereicherung für die Mitglieder der LBT-Gemeinschaft.“ Das Team, bestehend aus Kolleginnen und Kollegen aus Dänemark, den Niederlanden, der Schweiz, Italien und den USA, präsentiert seine Ergebnisse nun in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Veröffentlichung:

• Engin Keles, Matthias Mallonn, Carolina von Essen, Thorsten A. Carroll, Xanthippi Alexoudi, Lorenzo Pino, Ilya Ilyin, Katja Poppenhäger, Daniel Kitzmann, Valerio Nascimbeni, Jake D. Turner, Klaus G. Strassmeier (2019), MNRAS The potassium absorption on HD189733b and HD209458b

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Exoplaneten

Der Beitrag Kalium in Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESA.

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.

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?

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.

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.

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.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Cheops – CHaracterising ExOPlanets Satellite

Der Beitrag CHEOPS und der Transit der Sternenbegleiter erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESA.

Arianespace vermeldet positive Ergebnisse, nachdem sie alle technischen Evaluierungen zu den wichtigsten Aspekten der Mission, einschließlich der Flugbahn nach dem Start und der Nutzlasttrennung, durchführte.

„Wir freuen uns über diesen wichtigen Meilenstein und das grüne Licht von Arianespace“, sagt Nicola Rando, CHEOPS-Projektmanager bei der ESA.

Der exakte Liefertermin für CHEOPS zum Weltraumbahnhof und der Starttermin werden zu einem späteren Zeitpunkt bestätigt. Vorgesehen ist der Start im letzten Quartal 2019.

Erforschung von Exoplaneten
Die CHEOPS-Mission der ESA wird sich der Erforschung von Exoplaneten widmen. Das Weltraumteleskop wird sich auf die Analyse von Sternen konzentrieren, von denen bekannt ist, dass Planeten sie umkreisen und die kleinen Helligkeitsänderungen, die durch den Transit eines Planeten über die Sternscheibe verursacht werden, aufzeichnen, um die Größe des Planeten zu bestimmen.

Mit den bereits vorhandenen Informationen über die Planetenmasse kann schließlich ihre Dichte bestimmt und die Welten außerhalb unseres Sonnensystems charakterisiert werden. Die Dichte eines Planeten liefert wichtige Hinweise auf seine Zusammensetzung und Struktur und gibt Aufschluss darüber, ob er überwiegend felsig ist oder aus Gasen besteht oder vielleicht bedeutende Ozeane beherbergt.

„Wir freuen uns sehr auf den Beginn dieses wissenschaftlichen Abenteuers und auf die detailliertere Beobachtung einiger der bekannten Exoplaneten“, sagt Kate Isaak, ESA CHEOPS-Projektwissenschaftlerin.

Kein einsamer Flug
CHEOPS wird als zweiter Passagier auf einer Sojus-Fregat-Rakete abheben und die Reise ins All mit einem Satelliten teilen, der Teil der italienischen Cosmo-SkyMed-Konstellation ist.

Die Trägerrakete wird auch fünf würfelförmige Kleinsatelliten, sogenannte Cubesats transportieren. Mit dabei ist auch der von der ESA entwickelte OPS-SAT, ein 30 cm großer Satellit mit einem leistungsstarken Computer. OPS-SAT soll demonstrieren, dass eine verbesserte Missionskontrollfunktion bei Satelliten möglich wäre, wenn sie einen leistungsfähigeren Bordcomputer an Bord haben würde.

Der Starttermin wird nach Bestätigung durch Arianespace bekannt gegeben.

Berner Beteiligung
CHEOPS besteht aus einem Weltraumteleskop, das von der Universität Bern entwickelt und zusammengebaut wurde, und einer Satellitenplattform, die das Teleskop tragen und dessen Betrieb im All ermöglichen wird. Die Ingenieure vom Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern haben das Instrument am 10. April 2018 nach Madrid geschickt, wo es auf der Satellitenplattform eingebaut wurde.

Zum ersten Mal ist die Schweiz, gemeinsam mit der ESA, für eine ganze Mission und nicht nur für ein einzelnes Instrument oder einen Teil davon verantwortlich. Das Weltraumteleskop wurde am Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern entwickelt, zusammengebaut und getestet. «CHEOPS ist ein Höhepunkt der 50-jährigen Erfolgsgeschichte der Schweizer Wissenschaft und Industrie, die an vorderster Front der Weltraumforschung dabei sind», sagt der Leiter der Mission, Willy Benz, Professor für Astrophysik am Physikalischen Institut der Universität Bern.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Cheops – CHaracterising ExOPlanets Satellite

Der Beitrag CHEOPS bereit für Start von Europas Weltraumbahnhof erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

22. Mai 2019 – 18 erdgroße Exoplaneten haben Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS), der Georg-August-Universität Göttingen und der Sternwarte Sonneberg entdeckt. All diese Welten haben eine Gemeinsamkeit: Sie sind so klein, dass bisherige Suchkampagnen sie übersehen hatten. Einer der neuen Exoplaneten zählt zu den kleinsten bisher bekannten, ein weiterer könnte lebensfreundliche Bedingungen aufweisen. Die Forscher werteten einen Teil der Daten des NASA-Weltraumteleskops Kepler mit einer von ihnen entwickelten, empfindlicheren Methode erneut aus. Im gesamten Datenschatz der Kepler-Mission müssten sich auf diese Weise noch mehr als 100 zusätzliche Exoplaneten ausfindig machen lassen, rechnen die Wissenschaftler hoch. Von ihren Ergebnissen berichten sie in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics.
Etwas mehr als 4000 Planeten, die um Sterne außerhalb unseres Sonnensystems kreisen, sind bisher bekannt. Von diesen so genannten Exoplaneten sind etwa 96 Prozent deutlich größer als unsere Erde, die meisten davon eher vergleichbar mit den Abmessungen der Gasriesen Neptun oder Jupiter. Allerdings dürfte dieser Prozentsatz nicht die wirklichen Verhältnisse im Weltall widerspiegeln, denn große Planeten lassen sich deutlich leichter aufspüren als kleine. Doch gerade die kleinen Welten faszinieren, wecken sie doch die Hoffnung, irgendwo im All erdähnliche Planeten zu finden.

Auch die 18 neu entdeckten Welten fallen in die Kategorie erdgroßer Planeten. Der Radius der kleinsten misst nur 69 Prozent des Erdradius; die größte überragt die Erde um kaum mehr als das Zweifache. Und es gibt eine weitere Gemeinsamkeit: Alle 18 Planeten ließen sich bisher in den Daten des Weltraumteleskops Kepler nicht ausfindig machen. Gängige Suchalgorithmen waren dafür nicht empfindlich genug.

Üblicherweise nutzen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in ihrer Suche nach fernen Welten die so genannte Transit-Methode, mit der sie Sterne gezielt nach periodisch wiederkehrenden Helligkeitsabfällen durchforsten. Jedes Mal, wenn ein Exoplanet auf seiner Umlaufbahn von der Erde aus gesehen vor seinem Stern vorüberzieht, verdunkelt er ihn leicht. Der Stern erscheint dem Betrachter in dieser Zeit, typischerweise für ein paar Stunden, weniger hell.

„Bisherige Such-Algorithmen versuchen, sprunghafte Helligkeitsabfälle zu identifizieren“, erklärt Dr. René Heller vom MPS, Erstautor der aktuellen Studien. „In Wirklichkeit erscheinen Sterne am Rand etwas dunkler als in der Mitte. Wenn ein Planet vor einem Stern entlang zieht, blockiert er anfangs weniger Sternlicht. Erst zur Mitte des Transits erscheint der Stern am dunkelsten. Danach wird er wieder graduell heller“, ergänzt er.

Große Planeten verdunkeln ihren Stern so stark, dass dieser feine Unterschied bei ihrer  Entdeckung kaum eine Rolle spielt. Kleine Planeten jedoch stellen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vor immense Herausforderungen. Der Helligkeitsabfall ist oftmals so gering, dass er in den natürlichen Helligkeitsschwankungen des Sterns und im Rauschen des Messinstrumentes kaum auffällt. Das deutsche Team um René Heller konnte nun zeigen, dass sich die Empfindlichkeit der Transit-Methode entscheidend verbessern lässt, wenn ein realistischerer Helligkeitsverlauf angenommen wird.

Als Prüfstein dienten den Forschern Daten des NASA-Weltraumteleskops Kepler. In der ersten Missionsphase von 2009 bis 2013 zeichnete das Teleskop den Helligkeitsverlauf von mehr als 100.000 Sternen auf. Mehr als 2300 Planeten wurden so entdeckt. Nach einem technischen Defekt ließ sich das Teleskop nur noch eingeschränkt nutzen, richtete seinen Blick dennoch bis zum Missionsende 2018 auf mehr als 100.000 weitere Sterne. Um das Potential ihres neuen Algorithmus zu testen, wandten sich die Forscher in einem ersten Schritt den überschaubareren Daten der zweiten Missionsphase zu. Speziell untersuchten sie alle 517 Sterne erneut, von denen bereits bekannt war, dass sie mindestens einen planetaren Begleiter aufweisen.

Neben den bereits dokumentierten Planeten stießen die Forscher auf 18 weitere, die bisher übersehen worden waren. „In den meisten der von uns untersuchten Planetensystemen sind die jetzt gefundenen Planeten die kleinsten“, beschreibt Co-Autor Kai Rodenbeck von der Universität Göttingen und vom MPS die Ergebnisse. Zudem kreisen sie fast immer weiter innen um ihren Stern als ihre schon länger bekannten Weggefährten. Auf den Oberflächen fast aller dieser neuen Planeten herrschen deshalb Temperaturen von weit über 100 Grad Celsius; bei einigen sind es sogar bis zu 1000 Grad Celsius. Nur einer der Körper bildet eine Ausnahme: Er kreist innerhalb der so genannten habitablen Zone um einen roten Zwergstern. In diesem günstigen Abstand zu seinem Stern bietet dieser Planet eventuell Bedingungen, unter denen flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche vorkommen könnte – eine der Grundbedingungen für Leben.

„Unser neuer Algorithmus trägt dazu bei, ein realistischeres Bild von der Exoplaneten-Population im Weltall zu gewinnen“, bilanziert Michael Hippke von der Sternwarte Sonneberg. „Vor allem für die Suche nach erdähnlichen Planeten bedeutet unsere neue Methode einen maßgeblichen Fortschritt.“

Natürlich können die Forscher nicht ausschließen, dass auch ihre Methode für einzelne Planeten blind ist. Besonders problematisch sind beispielsweise kleine Planeten, die in beträchtlichem Abstand um ihren Stern kreisen. Sie benötigen für einen Umlauf um ihren Stern länger als solche Planeten, die ihren Stern eng umrunden – und verdunkeln ihn somit in größeren Zeitabständen. Ihr ohnehin schwaches Signal ist so noch schwieriger auszumachen.

Die neue Methode von Heller und seinen Kollegen eröffnet faszinierende Möglichkeiten, denn neben den 517 jetzt nachuntersuchten Sternen bietet die Kepler-Mission noch Datensätze von hunderttausenden weiteren Sternen. Die Forscher gehen davon aus, dass sie mit ihrer Methode in den Kepler-Daten mehr als 100 weitere erdgroße Welten finden können. „Auch für die künftige PLATO-Mission der ESA ist diese neue Methode wertvoll“, so Prof. Dr. Laurent Gizon, Geschäftsführender Direktor des MPS. PLATO soll 2026 ins All starten und dann zahlreiche Exoplaneten-Systeme um sonnenähnliche Sterne finden und näher charakterisieren.

Originalveröffentlichungen:

• René Heller, Michael Hippke, Kai Rodenbeck: Transit least-squares survey. II. Discovery and validation of 17 new sub- to super-Earth-sized planets in multi-planet systems from K2, Astronomy & Astrophysics, 2019, in press
• René Heller, Kai Rodenbeck, Michael Hippke: Transit least-squares survey. I. Discovery and validation of an Earth-sized planet in the four-planet system K2-32 near the 1:2:5:7 resonance, Astronomy & Astrophysics, 625, A31

Der Beitrag 18 erdgroße Exoplaneten entdeckt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.