Nach mehr als drei Jahren im Orbit wurde die Mission des Weltraumteleskops CHEOPS gerade verlängert. Unter der Leitung der Universität Bern in Zusammenarbeit mit der Universität Genf ist CHEOPS eine gemeinsame Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und der Schweiz.
Am 7. März hat der Ausschuss für das Wissenschaftsprogramm der ESA seine Fortsetzung des Betriebs bis 2026 und eine indikative Verlängerung bis 2029 bestätigt, abhängig von den laufenden Zusagen nationaler Mitwirkender und Partner. Seit seinem Start im Dezember 2019 haben die äußerst präzisen Messungen des Satelliten zu mehreren wichtigen Entdeckungen auf dem Gebiet der Exoplaneten beigetragen. Die Erweiterung wird es ermöglichen, diese faszinierenden Welten um andere Sterne noch detaillierter zu studieren.
Im Gegensatz zu früheren Satelliten, die entwickelt wurden, um neue Exoplaneten – Planeten, die andere Sterne als unsere Sonne umkreisen – durch die gleichzeitige Beobachtung von Zehntausenden von Sternen zu finden, wurde CHEOPS darauf optimiert, jeweils einen einzelnen Stern zu beobachten, und zielt auf Sterne ab, von denen bereits bekannt ist, dass sie Exoplaneten beherbergen. Das Ziel von CHEOPS ist es daher, über eine bloße Zählung von Exoplaneten hinauszugehen und einige ihrer Schlüsselmerkmale, insbesondere ihre Größe, mit außerordentlicher Präzision zu messen.
Aus dieser Präzision können Astronomen schließen, woraus diese Planeten bestehen: Die Kombination der CHEOPS-Größenmessung mit der zuvor bekannten Planetenmasse ergibt die Dichte: Dichte Planeten wie die Erde bestehen hauptsächlich aus Gestein und Metallen, während Planeten mit geringer Dichte wie Jupiter bestehen überwiegend aus Gas. Da diese Zusammensetzungen das Ergebnis des Planetenentstehungsprozesses sind, öffnet das Kennenlernen ein Fenster zur vergangenen Geschichte der Planetensysteme und stellt unser eigenes Sonnensystem in einen Kontext.
Quelle: Universität Bern
Beobachtung der Eigenschaften von Exoplaneten
„In dieser Hinsicht war die Mission äußerst erfolgreich“, sagt Willy Benz, emeritierter Professor für Astrophysik an der Universität Bern und Leiter des CHEOPS-Konsortiums, „die Präzision von CHEOPS hat alle Erwartungen übertroffen und hat es uns ermöglicht, Eigenschaften von zu bestimmen einige der interessantesten Exoplaneten.“
Beispielsweise haben Wissenschaftler des CHEOPS-Teams durch genaue Beobachtung, wie sich die Leuchtkraft ändert, wenn der Planet WASP-103b vor seinem Stern vorbeizieht, beobachtet, dass der Planet aufgrund der starken Schwerkraft in der Nähe in die Form eines Rugbyballs verformt wird Stern. Solche Planeten sind so heiß, dass CHEOPS sie auch entlang ihrer Umlaufbahn um ihre Sterne glühend nachweisen konnte.
„Das mit CHEOPS für den Planeten WASP-189b nachgewiesene Leuchten beträgt nur wenige Millionstel des vom Stern emittierten Lichts und hängt mit der Temperatur der Planetenatmosphäre und seiner Wolkenbedeckung zusammen. Es ist also klar, dass CHEOPS viel mehr leisten kann als ‚einfach‘ die Größe von Planeten zu messen“, erklärt Prof. David Ehrenreich von der Universität Genf, der Co-Vorsitzender des internationalen Teams von über hundert Wissenschaftlern ist, die an der Nutzung der Mission beteiligt sind.
Weitere spannende Entdeckungen mit der erweiterten Mission
Die Hauptmission von CHEOPS sollte dreieinhalb Jahre dauern, also bis September 2023. Die herausragende Qualität der von der Mission hervorgebrachten Wissenschaft wird durch die Veröffentlichung von über fünfzig wissenschaftlichen Artikeln auf der Grundlage von CHEOPS-Daten in internationalen Fachzeitschriften belegt.
Der Satellit wurde inmitten einer globalen Pandemie erfolgreich betrieben, und sein Gesundheitszustand ist ausgezeichnet im Hinblick auf die rauen Bedingungen des Weltraums, wo er ständig von kosmischer Strahlung und hochenergetischer Strahlung bombardiert wird. All diese Elemente haben das CHEOPS-Team dazu veranlasst, eine Verlängerung der Mission über 2023 hinaus vorzuschlagen.
Die Verlängerung des CHEOPS-Betriebs wurde nun vom ESA-Wissenschaftsprogrammausschuss bis mindestens 2026 bestätigt und von nationalen Mitwirkenden und Partnern kontinuierlich unterstützt. Die Mitglieder des CHEOPS-Teams stammen aus 40 Institutionen in ganz Europa: Neben der ESA haben sich 11 Länder, darunter die Schweiz in führender Rolle, zusammengeschlossen, um das Teleskop zwischen 2012 und 2019 zu finanzieren und zu bauen.
„CHEOPS kann weiterhin auf die starke Unterstützung der beteiligten Förderorganisationen, einschließlich der Schweiz, für die Verlängerung der Mission zählen, und dass die Schweizer Führung in der CHEOPS-Mission (einschließlich ihrer erweiterten Operationen) aufgrund der Mitgliedschaft der Schweiz möglich ist ESA und durch ihre Teilnahme am PRODEX-Programm“, sagt Oliver Botta, Vorsitzender des CHEOPS-Lenkungsausschusses.
Mit der neu genehmigten Missionserweiterung plant das CHEOPS-Team, CHEOPS weiterhin für das einzusetzen, was es am besten kann, und gleichzeitig neue Beobachtungen auszuprobieren. „Wir haben nur an der Oberfläche der Fähigkeiten von CHEOPS gekratzt, es gibt noch viel mehr Wissenschaft, die mit dem Satelliten durchgeführt werden kann, und wir freuen uns darauf, ihn während der Erweiterung zu erforschen“, sagt Benz.
„Ein sehr spannendes Ergebnis wäre die Entdeckung des ersten Exomonds“, sagt Ehrenreich. „Viele Planeten in unserem Sonnensystem haben Monde, daher erwarten wir, einige in der Nähe von Exoplaneten zu finden, und wir beobachten derzeit einige Kandidaten. Es ist jedoch schwierig, Exomonde zu entdecken, weil sie klein sind und daher ihre Signaturen schwach sind. CHEOPS ist es jedoch genau genug, um Exomonde zu finden, die so klein sind wie der Planet Mars, der doppelt so groß ist wie unser Mond. Wenn solche Monde in den von uns beobachteten Systemen existieren, könnten wir sie während der erweiterten Mission finden.“
Eine einzigartige Rolle in der Landschaft der Weltraummissionen
Ein weiteres einzigartiges Merkmal von CHEOPS ist seine Fähigkeit, Kräfte mit anderen Weltraummissionen wie dem James Webb Space Telescope (JWST) zu kombinieren, das eine gemeinsame Mission von NASA und ESA ist. CHEOPS kann unser Wissen über bereits bekannte Exoplaneten verfeinern, um die besten Kandidaten auszuwählen, die mit JWST beobachtet werden können, um die Atmosphären dieser Planeten zu untersuchen.
„Dank der CHEOPS-Beobachtungen haben wir wertvolle JWST-Zeit erhalten, um die Planeten im TOI-178-System zu beobachten und ihre atmosphärische Zusammensetzung zu bestimmen, was helfen wird, die dynamische Geschichte des Systems zu verstehen“, sagt Prof. Yann Alibert von der Universität von Bern. Alibert koordiniert das CHEOPS-Programm, das sich der Nachverfolgung multiplanetarer Systeme widmet, die vom NASA-Satelliten TESS entdeckt wurden.
„Dies ist ein Beispiel für eine großartige Synergie zwischen CHEOPS und anderen Missionen: TESS fand ursprünglich 3 Planeten, die den Stern TOI-178 umkreisen. Als CHEOPS sich dieses System ansah, entdeckte es drei weitere Planeten und enthüllte eine herausragende und zerbrechliche Orbitalharmonie, die uns führte zu vermuten, dass es seit Milliarden von Jahren ungestört war“, erklärt Alibert.
„Wissenschaftler sind gespannt, welche überraschenden Ergebnisse CHEOPS als nächstes bringen wird; sicher ist jetzt, dass CHEOPS in den kommenden Jahren weiterhin neue Entdeckungen machen wird“, sagt Benz.
CHEOPS – auf der Suche nach potenziell bewohnbaren Planeten
Die CHEOPS-Mission (CHaracterising ExOPlanets Satellite) ist die erste der „S-Klasse-Missionen“ der ESA – Missionen kleiner Klasse mit einem ESA-Budget, das viel kleiner ist als das von großen und mittleren Missionen, und einer kürzeren Zeitspanne vom Projektbeginn bis zum Start .
CHEOPS widmet sich der Charakterisierung der Transite von Exoplaneten. Es misst die Helligkeitsänderungen eines Sterns, wenn ein Planet vor diesem Stern vorbeizieht. Aus diesem Messwert lässt sich die Größe des Planeten ableiten und anhand vorhandener Daten seine Dichte bestimmen.
Das liefert wichtige Informationen über diese Planeten – zum Beispiel, ob sie überwiegend felsig sind, aus Gasen bestehen oder tiefe Ozeane haben. Dies wiederum ist ein wichtiger Schritt, um festzustellen, ob ein Planet lebensfreundliche Bedingungen aufweist.
CHEOPS wurde im Rahmen einer Partnerschaft zwischen der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und der Schweiz entwickelt. Unter der Leitung der Universität Bern und der ESA war ein Konsortium von mehr als hundert Wissenschaftlern und Ingenieuren aus elf europäischen Staaten während fünf Jahren am Bau des Satelliten beteiligt.
CHEOPS startete seine Reise ins All am Mittwoch, den 18. Dezember 2019 an Bord einer Sojus-Fregat-Rakete vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou, Französisch-Guayana. Seitdem umrundet es die Erde auf einer polaren Umlaufbahn in etwa anderthalb Stunden in einer Höhe von 700 Kilometern hinter dem Terminator.
Die Schweizerische Eidgenossenschaft beteiligt sich am CHEOPS-Teleskop im Rahmen des PRODEX-Programms (PROgramme de Développement d’EXpériences scientifiques) der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Durch dieses Programm können nationale Beiträge für Wissenschaftsmissionen von Projektteams aus Forschung und Industrie entwickelt und aufgebaut werden.
Dieser Wissens- und Technologietransfer zwischen Wissenschaft und Wirtschaft verschafft der Schweiz schliesslich auch einen strukturellen Wettbewerbsvorteil als Wirtschaftsstandort – und ermöglicht, dass Technologien, Verfahren und Produkte in andere Märkte einfliessen und so einen Mehrwert für unsere Wirtschaft generieren.