ESA-Mission CHEOPS gestartet: Exoplaneten im Visier | Wissen & Umwelt | DW | 18.12.2019
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Weltraum

ESA-Mission CHEOPS gestartet: Exoplaneten im Visier

Die CHEOPS-Mission der Europäischen Weltraumagentur ESA ist im zweiten Anlauf gestartet. Die Sonde soll Exoplaneten genauer untersuchen. So lernen wir etwas über deren Masse, Dichte und vielleicht sogar ihre Atmosphäre.

Eine russische Sojus-Rakete hob am Mittwoch (18.12.2019) vom Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guyana mit der CHEOPS-Sonde der NASA an Bord ab. In etwa 700 Kilometer Höhe soll die Raumsonde Position einnehmen und von dort nach bekannten Exoplaneten Ausschau halten. Ursprünglich hätte CHEOPS bereits am Dienstag ins All starten sollen. Wegen Computerproblemen musste die ESA den Start allerdings um einen Tag verschieben.

Exoplaneten sind Himmelskörper von denen Star Trek-Fans und Science Fiction-Leser schon lange zu wissen glauben, dass es sie im Universum in Hülle und Fülle gibt. Doch den wissenschaftlichen Beweis von Exoplaneten haben die Astronomen tatsächlich erst in den 90er Jahren des 20. Jahrhunderts erbracht.

Seitdem wurden tausende sogenannte Exoplaneten, also Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, entdeckt. Woraus diese Planeten bestehen, ob sie eine Atmosphäre haben oder ob es Leben auf ihnen gibt, wissen wir nicht. 

Deshalb soll die CHEOPS-Mission der europäischen Weltraumagentur (ESA) einige der bereits entdeckten Exoplaneten jetzt genauer untersuchen.

Messung der Lichtintensität von Sternen

CHEOPS steht für "Characterizing Exo Planet Satellite", also ein Satellit zum Erforschen von Exoplaneten. Dafür, dass Exoplaneten unglaublich weit weg von uns sind – weit außerhalb unseres Sonnensystems um ferne Sterne kreisen, ist die Mission eigentlich gar nicht so aufwendig. "CHEOPS ist eine kleine Mission, in Bezug auf Umfang, Kosten und auch bezogen auf den Zeitraum, den die Entwicklung der Mission braucht," sagt Kate Isaak, wissenschaftliche Koordinatorin von CHEOPS. "Die Mission soll die Größe von Planeten messen, die um nahegelegene Sonnen kreisen."

Mehr dazu: Exoplaneten – auf der Suche nach Leben im Universum

Video ansehen 06:10

Erforschung fremder Welten mit Cheops

Und das geht so: Wenn ein Planet auf seiner Umlaufbahn einen Stern passiert, wird dessen Licht kurzfristig dunkler. Das ist eine Art kleiner Sonnenfinsternis, die von CHEOPS beobachtet werden kann.

Und selbst wenn derselbe Planet vom Beobachter aus hinter dem Stern steht, reflektiert er das Licht des Sterns. Auch das kann CHEOPS noch sehen. Aus der Dämpfung des Lichts können die Astronomen auf die Größe des Planeten schließen. Und die Lichtreflektionen, die der Planet selbst aussendet, geben Anhaltspunkte dafür, ob er zum Beispiel eine Atmosphäre hat.

Bekannte Exoplaneten genauer im Blick

"Wir messen die Größe besonders von kleinen Planeten, die wir schon von anderen Missionen her kennen", sagt Isaak. "Indem wir die Größe der Planeten mit ihrer Masse kombinieren, etwas das wir mit Teleskopen auf der Erde messen können, erfahren wir viel über die Zusammensetzung der Planeten und über deren Evolution." 

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Eine Sonne mit drei Exoplaneten. Einer, der die Sonne verdunkelt und zwei die von ihr angestrahtl werden. (ESA)

CHEOPS misst Lichtschwankungen, erzeugt von vorbeiziehenden und Licht-reflektierenden Planeten.

All diese Unterschiede sind natürlich sehr gering, schließlich sind die beobachteten Sterne und Planeten mehrere Lichtjahre entfernt. Damit man sie überhaupt messen kann, muss jede Störung ausgeschlossen werden. Das ist der Grund, warum solche Beobachtungen aus dem Weltraum gemacht werden und nicht von Teleskopen auf der Erde. Die Erdatmosphäre wäre hier schlicht im Weg. CHEOPS soll Planeten ins Visier nehmen, die größer sind als die Erde und kleiner als Neptun.

Wird CHEOPS auf Außerirdische treffen?

Dreieinhalb Jahre dauert die Mission. Doch auch diesmal wird die Frage, aller Fragen nicht beantwortet werden. "Die Frage, ob wir allein im Universum sind, ist sicher eine der grundlegendsten Fragen überhaupt", sagt Isaak. Aber so weit wird CHEOPS nicht kommen. "Andere Satelliten haben gezeigt, dass es Planeten jenseits unseres Sonnensystems gibt. Es ist also klar, dass es Exoplaneten gibt. Was wir nun zeigen wollen, ist wie diese kleineren Gesteinsplaneten beschaffen sind und wie sie sich entwickeln." 

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Vier verschiedene Typen von Exoplaneten nebeneinander (ESA)

Gesteinsplaneten, Gasplaneten, Eisplaneten: Kann CHEOPS sie auseinanderhalten?

Immerhin dürfte es möglich sein zumindest einige Planeten zu identifizieren, auf denen außerirdisches Leben wenigstens denkbar ist. "Was wir nun suchen, sind die besten planetaren Kandidaten zur zukünftigen Erforschung durch andere Satelliten wie das James Webb Weltraumteleskop oder durch Observatorien, wie etwa das European Southern Observatory (ESO) in Südamerika. Von dort aus können wir die Atmosphären dieser besten Kandidaten untersuchen und nach Molekülen zu forschen, die charakteristisch für das Vorhandensein von Leben sind."

Forschungssatelliten nach Baukastenprinzip

Neben den wissenschaftlichen Erkenntnissen, die die CHEOPS-Mission liefern soll, verfolgt die ESA auch noch andere Ziele: Forschungssatelliten sollen preisgünstiger werden. Dafür haben die Satellitenentwickler sich neue Techniken einfallen lassen,

"Satelliten sind sehr teuer und sehr aufwändig zu bauen. Und diese Programme dauern immer sehr lange", sagt Richard Southworth vom European Space Operations Centre (ESOC). Er ist verantwortlich für die Steuerung des CHEOPS-Satelliten. "Mit CHEOPS war die Idee, ob wir das vielleicht besser, etwas schneller und weniger kostspielig machen können. Wir haben versucht, die Sonde relativ simpel zu halten und vor allem Teile zu benutzen, die schon einmal auf anderen Missionen geflogen sind. Diese Bauteile sind dann nicht mehr so teuer und auch zuverlässiger, weil sie schon getestet wurden."

Auch beim Transport der Sonde ins Weltall spart die ESA: CHEOPS fliegt auf einer Sojus-Rakete als zweiter Passagier mit. Man teilt sich also die Fahrtkosten mit einem anderen - in diesem Fall einem italienischen - Satelliten.

Und selbst dann, wenn der Satellit bereits am Himmel ist, gibt es noch Gelegenheit, die Kosten zu senken. Die CHEOPS-Forscher benutzen das fliegende Teleskop nur 80 % der Zeit. Den Rest der Zeit können andere ihn für ihre eigenen Forschungen mieten. 

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ESA-CHEOPS-Weltraumteleskop kurz nach der Trennung von der Raketenstufe (ESA/ATG medialab)

CHEOPS reist mit einer Sojus-Rakete ins All - So soll die Sonde in ihrem Orbit ankommen.

Verschrottung bereits fest eingeplant

Die Forschung selbst beginnt dann nach einem mehrmonatigen Testzeitraum. Doch was geschieht eigentlich mit CHEOPS, wenn das Projekt beendet ist?

"Geplant ist ein Betrieb von dreieinhalb Jahren", sagt Satelliten-Pilot Southworth. "Aber das Design des Satelliten soll sicherstellen, dass wir auch fünf Jahre fliegen könnten, wenn Geld und Interesse da sind. Am Ende führen wir eine Deaktivierung durch und leiten ein Deorbiting ein".

Dann wird der Satellit zuerst passiv geschaltet, damit er nicht mehr durch Funksignale oder ähnliches andere Satelliten stören kann. "Zum Schluss werden wir auch eine Umlaufbahnkorrektur machen. Die führt dazu, dass er wieder sicher zurück zur Erde kommt. Das heißt, er wird langfristig kein Weltraummüll." Und dann verglüht die Sonde beim Eintritt in die Erdatmosphäre. 

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