CHEOPS ist das neueste Weltraumteleskop der Europäischen Weltraumorganisation. Eine Sojus-Fregat-Rakete hat ihn am 18. Dezember 2019 um 08:54:20 GMT vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou, Französisch-Guayana, ins All befördert Exoplaneten, detaillierter, als wir es derzeit können, um zu bestimmen, welche wie die Erde und welche wie Jupiter sind.
„Unser Ziel ist es, die Radien von Hunderten von Planeten genau genug zu messen, um mit Sicherheit sagen zu können, ob sie wie die Erde überwiegend aus Gestein bestehen oder ob ihre festen Oberflächen unter einer tiefen eisigen, flüssigen oder gasförmigen Hülle begraben sind“, sagt Andrew Collier Cameron, University of St. Andrews, Mitglied des Wissenschaftsteams von CHEOPS.
Es ist im Wesentlichen eine Suche nach potenziell bewohnbaren Exoplaneten und wird es Wissenschaftlern ermöglichen, die Erde und die anderen Planeten unseres eigenen Sonnensystems in das Gesamtbild der Planeten in der nahen Galaxie einzuordnen. Es könnte uns auch helfen zu verstehen, wie sich einzelne Planeten mit zunehmendem Alter verändern.
Was ist der CHEOPS-Satellit?
Für Satelliten ist CHEOPS ziemlich klein. Es ist ein sechseckiges Raumschiff, das an seiner breitesten Stelle 1,5 x 1,6 m misst und ein Teleskop mit einem 30-cm-Spiegel beherbergt. Der Satellit, der durch seine Sonnenkollektoren 60 Watt Leistung erzeugt, wird Exoplaneten untersuchen, indem er den winzigen Lichtabfall erkennt, den sie verursachen, wenn sie aus der Sicht der Erde die feurigen Oberflächen ihres Muttersterns überqueren, eine Passage, die als Transit bekannt ist.
Für einige Planeten wird CHEOPS in der Lage sein, Details über ihre Atmosphäre zu enthüllen, einschließlich des Vorhandenseins von Wolken. Möglicherweise kann es sogar Hinweise auf die Zusammensetzung der Wolken gewinnen. Die Mission untersucht nicht nur bereits bekannte Planeten mit beispielloser Präzision, sondern ist auch in der Lage, bisher unbekannte Exoplaneten zu entdecken.
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Dazu werden winzige Abweichungen im Zeitpunkt des Transits eines bekannten Planeten gemessen. Diese winzigen Schwankungen könnten darauf hindeuten, dass die Umlaufbahn der bekannten Welt durch die Schwerkraft einer zuvor unbekannten Welt verzerrt wird.
In unserem eigenen Sonnensystem verwendeten Astronomen des 19. Jahrhunderts Abweichungen in der Umlaufbahn von Uranus, um die Position einer unbekannten Welt zu bestimmen, die später entdeckt und Neptun genannt wurde. Im Fall von CHEOPS können auch kleinere Einbrüche, die einem größeren Einbruch eines bekannten Planeten überlagert sind, verwendet werden, um Monde oder Ringe zu enthüllen.
CHEOPS ist die erste einer neuen Art von Mission, die sich der Verbesserung unseres Wissens über bereits bekannte Planeten widmet. Die Astronomen, die die Mission leiten, werden Schlüsselplaneten aus den Hunderten und schließlich Tausenden auswählen, die aus den Vermessungsmissionen wie dem TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) der NASA, seinem Vorgänger, dem Kepler Space Telescope, und den verschiedenen Boden- basierte Untersuchungen, die Mitte der 1990er Jahre die ersten Exoplaneten entdeckten.
„Bisher mussten wir um kleine Zeitbrocken kämpfen, um diese Entdeckungen an Teleskopen wie Spitzer und Hubble weiterzuverfolgen, die für diese Aufgabe fast peinlich groß sind“, sagt Collier Cameron, „mit einem agilen, dedizierten Instrument wie CHEOPS wir können Hunderte von Planeten auf koordinierte Weise charakterisieren.“
Mit diesen großen Weltraumteleskopen haben Astronomen einzelne molekulare Spezies in der Atmosphäre von Gasriesenplaneten identifiziert, ihre Umlaufbahnneigungen und Planetendrehraten gemessen. Bei einer Gelegenheit erhaschten sie sogar einen Blick auf etwas, das ein Mond um den Exoplaneten Kepler 1625b sein könnte.
„Wir wissen, dass es da draußen ein riesiges Entdeckungspotenzial gibt. Das Spannende an CHEOPS ist, dass es Hunderte von kleineren Planeten – im Größenbereich von Erde bis Neptun – in Reichweite bringt. Sobald wir ihre Dichte kennen, können wir die Hauptziele für die Untersuchung ihrer Atmosphäre mit leistungsstarken zukünftigen Instrumenten wie denen an Bord des James-Webb-Weltraumteleskops auswählen“, sagt Collier Cameron.
Die Suche nach Exoplaneten wie der Erde
CHEOPS ist die erste Small-Class-Mission, die im Rahmen des ESA-Programms Cosmic Vision 2015–25 durchgeführt wird. Kleine Missionen sind definiert als solche, die vom Start bis zum Start nicht länger als fünf Jahre dauern. Dies macht es erforderlich, nur Technologie zu verwenden, die bereits im Weltraum geflogen ist und sich somit für die rauen Bedingungen im Orbit bewährt hat. Die Kosten der Mission zur ESA wurden ebenfalls auf 50 Millionen Euro begrenzt.
CHEOPS wurde am Center for Space and Habitability der Universität Bern, Schweiz, entwickelt. Es wurde von der ESA im Oktober 2012 aus 26 konkurrierenden Missionsvorschlägen ausgewählt und befindet sich nun in einer Umlaufbahn von 800 km Höhe und hat eine geplante Lebensdauer von 3,5 Jahren. Die Wissenschaft, die es liefern wird, ist Teil eines größeren Engagements der ESA für Exoplanetenforschung und stellt somit ein Sprungbrett für zwei weitere europäische Missionen dar.
Im Jahr 2026 wird PLATO, die Mission „Planetary Transits and Oscillations of Stars“, zur Aufgabe zurückkehren, Exoplaneten zu entdecken. Es wird insbesondere nach Gesteinsplaneten in der „bewohnbaren Zone“ (d. h. wo flüssiges Wasser auf der Planetenoberfläche existieren kann) um sonnenähnliche Sterne herum suchen.
Wie der Name schon sagt, wird es auch die seismische Aktivität in Sternen untersuchen. Diese Informationen werden es Astronomen ermöglichen, den Wirtsstern des Planeten, einschließlich seines Alters, genau zu charakterisieren, was wiederum einen Einblick in das Alter und den Entwicklungszustand aller gefundenen Planetensysteme geben wird.
Zwei Jahre später wird ARIEL, die Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey Mission, starten. Dadurch wird die Atmosphäre einer großen, vielfältigen Auswahl an Exoplaneten analysiert. Es wird Astronomen ermöglichen, Exoplaneten sowohl als einzelne Welten als auch als Populationen von Planeten zu untersuchen.
Bei all dieser Arbeit besteht immer die Hoffnung, dass wir einen anderen Exoplaneten wie die Erde finden. Obwohl wir mehr als 4.000 Exoplaneten um andere Sterne entdeckt haben, haben wir immer noch keinen erdgroßen Planeten in einer ähnlichen Umlaufbahn um einen sonnenähnlichen Stern gefunden. Dies ist ein echtes Rätsel und könnte möglicherweise darauf hindeuten, dass Welten wie unsere eigene selten sind. Da wir noch nicht wissen, was einen Planeten wirklich bewohnbar macht, könnte das auch bedeuten, dass Leben selten ist.
Wenn die Sterne – fast buchstäblich – auf einer Linie stehen, könnten wir einfach Glück haben, dass CHEOPS einen findet. Wenn nicht, liegt es an PLATO, das speziell für die Suche nach den Zwillingsplaneten der Erde entwickelt wurde. Wenn PLATO keinen findet, wissen wir, dass wir in der Tat auf einem ganz besonderen Planeten leben.