fbpx

Wochenendrebellen

Groundhopping | Autismus | Wissenschaft | Podcast | Weltverbesserung

Wednesday, February 1, 2023

Der Transiting Exoplanet Survey Satellite

transiting exoplanet survey satellite

Am 18. April 2018 erhob sich eine Falcon 9 am Cape Canaveral in Florida, an Bord der Transiting Exoplanet Survey Satellite, kurz TESS. Der Transiting Exoplanet Survey Satellite hat die Aufgabe, Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, sogenannte Exoplaneten, zu finden. Das sind die vielversprechendsten Orte für die Suche nach höher entwickeltem Leben.

Zu diesem Zeitpunkt stand der bisherige Exoplanetenjäger der NASA, das Kepler-Weltraumteleskop bereits kurz vor dem Ende seiner Mission, der Treibstoff ging zu Neige und machte die Ausrichtung des Teleskops unmöglich.

Keplers würdiger Nachfolger

Zu diesem Zeitpunkt hat Kepler ganze 2.700 Exoplaneten bestätigen könnte, darunter zahlreiche erdähnliche Planeten, einen riesigen Gesteinsplaneten, einen Planeten mit einem mutmaßlichen Mond, eine Wasserwelt, einen extrem kleinen Planeten und vieles mehr. Doch die NASA hatte einen würdigen Nachfolger bereit.

youtube

Mit dem Laden des Videos akzeptieren Sie die Datenschutzerklärung von YouTube.
Mehr erfahren

Video laden

Im Vergleich zu Kepler ist der Transiting Exoplanet Survey Satellite viel kleiner, nur so groß wie ein Kühlschrank. Und überhaupt haben sie trotz ähnlicher Aufgabe nur wenige Gemeinsamkeiten.

 Transiting Exoplanet Survey SatelliteKepler-Weltraumteleskop
Startdatum18. April 20187. März 2009
Höhe1,5 Meter5 Meter
Masse365 kg1.039 kg
HimmelsbereichGroßteil des NachthimmelsSternbild Schwan
StandortErdorbitSonnenorbit
ZielEntdeckung erdähnlicher Planeten um sonnenähnliche nahe SterneEntdeckung erdähnlicher Gesteinsplaneten
MethodeTransitmethodeTransitmethode

Kepler etwa war darauf ausgelegt, sehr lange einen sehr kleinen Bereich des Himmels im Sternbild Schwan zu beobachten. In diesem Abschnitt mit dem etwa 24-fachen Winkeldurchmesser des Vollmonds konnte Kepler etwa 200.000 Sterne permanent überwachen.

Erst später, als die Ausrichtung nicht mehr richtig funktionierte, hat das Teleskop sich abgewandt und eine Position ausgewählt, auf der es den stabilisierenden Strahlungsdruck der Sonne im Rücken hatte.

Sonnenähnliche Sterne

Der Transiting Exoplanet Survey Satellite jedoch beobachtet im Laufe seiner Mission ganz verschiedene Bereiche am Himmel, am Ende sollen 94% des Nachthimmels abgedeckt worden sein.

Auch dabei sollen etwa 200.000 Sterne ins Visier genommen werden, jedoch andere als bei Kepler. Kepler konzentrierte sich vor allem auf sogenannte Rote Zwerge, das sind extrem dunkle, kleine und langlebige Sterne, die 80% der Sterne in der Milchstraße ausmachen.

Doch mittlerweile hegt man Zweifel an der Bewohnbarkeit von Planeten, die diese Sterne umkreisen, denn sie zeigen ihrem Stern meist stets dieselbe Seite und sind extremer Strahlung ausgesetzt.

Der Transiting Exoplanet Survey Satellite wird sich daher vor allem auf größere sonnenähnliche Sterne konzentrieren, denn von denen wissen wir immerhin aus eigener Erfahrung, dass die Leben ermöglichen.

transiting exoplanet survey satellite
DER BEOBACHTUNGSBEREICH DES NACHTHIMMELS VON TESS WIRD IN 26 SICH ÜBERLAPPENDE SEKTOREN EINGETEILT.

Zudem soll das Teleskop sich vor allem auf sonnennahe Sterne fokussieren. Die hier entdeckten Planeten wären dann nämlich nahe genug, um von künftigen Teleskopen genauer analysiert zu werden, etwa auf das Vorkommen von Sauerstoff in der Atmosphäre – ein mögliches Zeichen für Leben.

Leben in unserer kosmischen Nachbarschaft würde dann wieder ganz andere Projekte möglich machen. Der Transiting Exoplanet Survey Satellite ist also nur der erste Schritt der Exoplanetenforschung.

Mini-Sonnenfinsternisse

Der erste Schritt ist natürlich immer die Entdeckung eines Planeten und in der Sache unterscheidet sich das beim Transiting Exoplanet Survey Satellite nicht viel von Kepler. Beide Teleskope arbeiten mit der sogenannten Transitmethode.

Nehmen wir mal an, ein*e außerirdische*r Astronom*in würde herausfinden wollen, ob unsere Sonne von einem Planeten umkreist wird. Dann würde einfach für einen längeren Zeitraum die Helligkeit der Sonne gemessen werden. Zieht die Erde vor der Sonne vorbei, verdeckt sie ein Teil ihres Lichtes, nämlich 0,084‰, und zwar für die Zeit, in der sie vor der Sonne herzieht, also etwa 13 Stunden.

Hat man die Helligkeitsschwankung gemessen, behält man die Sonne im Auge (oder im Objektiv) und wartet auf eine erneute Helligkeitsschwankung. Das macht man drei, vier Mal und wenn man dann in gleichmäßigen Abständen die gleiche Helligkeitsschwankung gemessen hat, sind die Daten eigentlich sicher genug, um von einer Planetenentdeckung zu sprechen.

Der Abstand der Helligkeitsschwankung entspricht dann natürlich der Länge eines Umlaufs des Planeten um den Stern. Wenn man diese Zeit kennt, kann man damit auch die Entfernung des Planeten vom Stern bestimmen und wenn man dann noch weiß, wie heiß der Stern strahlt und aus der Stärke der Schwankung die Größe des Planeten berechnet, kann man Vermutungen über die Bewohnbarkeit des Planeten treffen.

Diese Transitmethode funktioniert natürlich nur bei Sternen, die richtig ausgerichtet sind, denn der Planet muss von der Erde aus gesehen vor seinem Stern herziehen und das ist schon ein großer Zufall, die Wahrscheinlichkeit, dass man die Erde von einem zufällig ausgewählten Stern durch die Transitmethode entdecken könnte, liegt bei nur 0,465%.

Dennoch wurden etwa 80% der bekannten Exoplaneten genau so entdeckt, denn bei so vielen Sternen sind selbst bei einer verschwindend geringen Wahrscheinlichkeit tausende Treffer dabei.

Technik auf dem Transiting Exoplanet Survey Satellite

Der Transiting Exoplanet Survey Satellite verfügt über vier Kameras, die insgesamt 16,8 Megapixel belichtbare Fläche abdecken, empfindlich sind sie im roten und infraroten Bereich. Die Auflösung ist groß genug, um den genauen zeitlichen Ablauf des Transits aufzulösen, also gerade wenn der Planet zum Teil vor dem Stern steht und zum Teil nicht.

Theoretisch könnte man mit dem Teleskop also auch Exomonde entdecken, dann würde die Helligkeit während dessen noch einmal kurz abfallen, wenn der Mond des Planeten vor dem Stern herzieht.

transiting exoplanet survey satellite

Solch komplexe Technik muss natürlich sorgfältig behandelt werden, sie ist auf -75°C gekühlt, die Abweichung darf höchstens 1°C betragen. Die Daten werden dann komprimiert und gesammelt durch das Deep Space Network mit 100 Mbit/s an die Erde weitergeleitet, allerdings nur dann, wenn die Sonde der Erde auf ihrer elliptischen Umlaufbahn besonders nahe kommt.

2:1-Resonanz mit dem Mond

Diese Umlaufbahn ist wirklich etwas Besonderes und bisher einmalig in der Raumfahrtgeschichte. Ein Teleskop im All zu stationieren, ist natürlich generell nicht ganz einfach.

Die durch einen Planeten verursachten Helligkeitsschwankungen sind aber meist viel zu schwach, um mit irdischen Teleskopen registriert werden zu können, hier stören seismische Aktivitäten, die Erdatmosphäre und vieles mehr, daher ist der Transiting Exoplanet Survey Satellite dennoch im All stationiert. Er umkreist jedoch nicht auf einer eigenen Umlaufbahn die Sonne wie das Kepler-Weltraumteleskop, sondern die Erde.

Der Orbit ist allerdings recht hoch, der Transiting Exoplanet Survey Satellite kommt der Erde nie näher als 17 Erdradien und entfernt sich bis auf 59 Erdradien, das entspricht etwa der Entfernung des Mondes. Auf dieser Umlaufbahn umkreist der Satellit die Erde einmal in 13,7 Tagen und es ist unschwer zu erkennen, dass das genau die Hälfte eines Monats, also der Umlaufzeit des Mondes um die Erde ist.

Während der Mond einen Umlauf um die Erde schafft, schafft der Transiting Exoplanet Survey Satellite also zwei, man spricht von einer 2:1-Resonanz mit dem Mond. Doch immer, wenn der Satellit an die Mondbahn heranreicht, befindet er sich 90° vor oder hinter der aktuellen Position des Mondes, die beiden kommen sich also nie in die Quere.

Dadurch, dass der Mond 90° mal vor und mal hinter dem Satelliten steht, heben sich dessen gravitative Wirkungen stets auf und der Orbit ist über Jahrzehnte stabil. Zudem befindet sich die Sonde kaum im Erdschatten, was die Temperatur beeinflussen und die Energiegewinnung durch Solarzellen unterbrechen würde.

Des weiteren liegt der Orbit vollständig außerhalb des sogenannten Van-Allen-Gürtels, das ist ein Strahlungsgürtel aus energiereichen Teilchen, welche die Technik langfristig zerstören würden und auch die Region der geostationären Satelliten mit hoher Kollisionswahrscheinlichkeit wird nicht durchquert, zumindest nicht in naher Zukunft.

Diese Bahn ist allerdings 40° gegen die Erdbahn geneigt, damit der Erdschatten gemieden wird. Um diese Position zu erreichen, muss der Transiting Exoplanet Survey Satellite dem Mond einmal sehr nah kommen, der ihn dann durch seine Gravitation auf die entsprechende Bahn hievt. Bis diese erreicht ist, dauert es nach dem Start noch 60 Tage.

Erste spannende Entdeckungen

Dann kommt endlich die Wissenschaft an die Reihe und man muss sagen, dass der Satellit bereits früh geliefert hat. So wurde um den Stern Pi Mensae eine Supererde entdeckt, die den Stern einmal in nur 6,27 Tagen umkreist. Das ist wirklich wenig, denn der sonnenähnliche Stern hat einen Durchmesser von 1,5 Millionen Kilometern, während der Planet nur etwa einen Abstand von einer Million Kilometern hat, also weniger als der Durchmesser des Sterns selbst.

Nun kombinierte man den vom Satelliten festgestellten Radius mit der Masse, die man durch das Wackeln ermittelte, das die Gravitation des Planeten beim Stern auslöste und man kam auf eine sehr geringe Dichte, die für eine Wasseratmosphäre spricht. Vermutlich handelt es sich bei dem Planeten also um eine Wasserwelt mit einem Mantel aus Wasser, Methan und anderen Stoffen.

Ebenfalls zu den ersten mit dem Transiting Exoplanet Survey Satellite entdeckten Planeten gehört ein Gesteinsplanet um den Roten Zwerg LHS 3844, doch auch er ist mit einer geschätzten Gleichgewichtstemperatur von 500°C viel zu heiß für Leben, wie wir es kennen.

Doch inzwischen gab es auch noch spektakulärere Entdeckungen, etwa ein erdgroßer Gesteinsplanet um den Roten Zwerg TOI-700, und zwar in der bewohnbaren Zone. Unter den richtigen Umständen könnte er also ein mildes und bewohnbares Klima aufweisen, sein Stern zeigt zudem keine starke Aktivität.

Des Weiteren wurde ein Planet entdeckt, der durch einen weiteren Planeten um den Stern stark beeinflusst wird und ein Planet, der gleich zum zwei Sonnen kreist, zeitweise wurden mehrere Planeten pro Woche entdeckt.

Natürlich weiß niemand, was die Zukunft bringt und was das All noch alles für den kleinen Satelliten bereithält, aber man kann zumindest schätzen anhand der Entdeckungen durch das Kepler-Weltraumteleskop. Man erwartet etwa 20.000 Planeten unterhalb von vier Erdradien, 500 davon Supererden und 50 erdgroß.

Vermutlich wird der Transiting Exoplanet Survey Satellite auch zahlreiche Exoplanetenkandidaten hinterlassen, die dann durch spätere Missionen überprüft werden können. Sozusagen als Beifang werden auch erdnahe Asteroiden, Supernovae, Quasare und veränderliche Riesensterne beobachtet, die für die Exoplanetensuche ungeeignet sind, da Planeten hier natürlich nur einen kleinen Teil des Lichtes verdecken.

Nur der Anfang

Da alle Sterne, die das Transiting Exoplanet Survey Satellite untersucht in der Nähe des Sonnensystems liegen, ist es auch eine Art Vorbote für das James Webb Space Telescope, dies könnte in einem Jahr starten, doch das sagt man seit 12.013 HE, also wer weiß…

Wenn es aber nun irgendwann einmal im All ist, wird das James Webb Space Telescope die vom Transiting Exoplanet Survey Satellite aufgespürten Planeten genauer untersuchen, indem es die Zusammensetzung der Atmosphären dieser Planeten untersucht, es wird das erste Teleskop sein, das sowas bei erdähnlichen Planeten kann.

Findet man Sauerstoff in der Atmosphäre eines Planeten, ist dies ein untrügliches Zeichen für Leben. Bei Kohlenstoffdioxid und der richtigen Entfernung zum Stern sind zumindest gute Bedingungen für flüssiges Wasser und somit Leben vorhanden. Vielleicht können wir ja eines fernen Tages eine Raumsonde zu einem dieser Planeten schicken, entdeckt vom Transiting Exoplanet Survey Satellite.

Show More

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert