N° 25–2019: ESA-Weltraumteleskop Cheops ist ins All gestartet, um Exoplaneten zu erforschen

Cheops, kurz für „Characterising Extroplanet Satellite“ ist ein Gemeinschaftsprojekt der ESA und der Schweiz. Zehn weitere ESA-Mitgliedsstaaten leisten wichtige Beiträge zur Mission. Es handelt sich hierbei um die erste ESA-Mission, die sich dem Erforschen extrasolarer Planeten widmet. Im Rahmen der Mission werden bekannte Planeten in unserem Solarsystem untersucht, was Schlüsselerkenntnisse über diese weit entfernten, fremden Welten liefern wird.

Wissenschaftler hatten lange über die Existenz von Exoplaneten spekuliert, bis schließlich 51 Pegasi b entdeckt wurde – der erste Planet, der einen sonnenähnlichen Stern umkreist. Der aufregende Fund wurde 1995 verkündet. Didier Queloz und Michel Mayor wurden für ihre bahnbrechenden Forschungsergebnisse 2019 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet. Die Entdeckung von 51 Pegasi b läutete eine neue Ära der Weltraumforschung ein – die Untersuchung von Exoplaneten gehört mittlerweile zu einer der am schnellsten wachsenden Bereiche der Astronomie.

In den vergangenen 25 Jahren haben Astronomen mithilfe von Teleskopen auf der Erde und im Weltall mehr als 4.000 Exoplaneten, die Sterne umkreisen, entdeckt. Diese sind unterschiedlich weit von unserem Heimatplaneten entfernt und die meisten haben keine Pendants in unserem Sonnensystem. Sie sind außerdem äußerst unterschiedlich ausgeprägt – es gibt riesige Planeten, die größer sind als der Jupiter, aber auch kleine, felsige, mit Lava bedeckte Himmelskörper. Am häufigsten haben die Exoplaneten allerdings eine Größe zwischen der der Erde und der des Neptuns.

„Die Cheops-Mission wird die Exoplaneten-Wissenschaft auf ein ganz neues Niveau heben“, sagt Günther Hasinger, ESA-Direktor für Wissenschaft.

„Nach der Entdeckung Tausender Planeten können wir uns nun der Charakterisierung dieser widmen. Dabei geht es um die Untersuchung ihrer physischen und chemischen Eigenschaften. Wir wollen herausfinden, woraus die Exoplaneten bestehen und wie sie entstanden sind. Cheops wird dabei auch den Weg für unsere zukünftigen Exoplaneten-Missionen ebnen, darunter das internationale James-Webb-Weltraumteleskop sowie die ESA-Satelliten Plato und Ariel. Mit diesen werden wir sicherstellen, dass die europäische Wissenschaftsgemeinde auch weiterhin ganz vorne im Bereiche Exoplaneten-Forschung mitspielt.“

Cheops wird sich nicht darauf konzentrieren, neue Planeten zu entdecken. Vielmehr handelt es sich um eine Folgemission, die Hunderte bekannter Planeten, deren Existenz bereits mit anderen Methoden entdeckt worden ist, beobachtet. Dabei wird Cheops die Planeten auf ihren Umlaufbahnen rund um ihre Muttersterne genauestens analysieren. Schiebt sich ein Exoplanet vor einen Stern, blockiert er einen Teil seines Lichts. So kann die Größe des Exoplaneten mit beispielloser Präzision gemessen werden.

Die Cheops-Messdaten zur Größe der Exoplaneten werden dann mit bereits vorhandenen Informationen zu ihrer jeweiligen Masse kombiniert, um die Dichte zu ermitteln. Die Dichte ist wiederum eine Schlüsselgröße zum Bestimmen der inneren Struktur der Planeten sowie ihrer Zusammensetzung. Mit ihr kann man herausfinden, ob ein Planet eher aus Gasen (so wie Jupiter) oder aus Gestein (so wie die Erde) besteht, ob er von einer Atmosphäre umgeben wird oder seine Oberfläche von Ozeanen bedeckt ist.

„Wir freuen uns riesig darüber, dass der Satellit in den Weltraum gestartet ist“, sagt Kate Isaak, Cheops-Projektwissenschaftlerin bei der ESA.

„Es gibt so viele interessante Exoplaneten und wir werden einige Hundert von ihnen ins Visier nehmen. Dabei konzentrieren wir uns besonders auf die kleineren Planeten. Diese haben eine Größe zwischen der unserer Erde und der des Neptuns. Obwohl es scheint, dass diese eine gewöhnliche Planetenart in unserer Milchstraßengalaxie darstellen, wissen wir noch sehr wenig über sie. Cheops wird uns dabei helfen, die Geheimnisse dieser faszinierenden Welten offenzulegen und uns einen Schritt weiter bei der Beantwortung einer der fundamentalsten Fragen, über die wir Menschen sinnieren, bringen: Sind wir alleine im Universum?“

Cheops ist die erste „kleinere“ Mission, die unter dem derzeitigen ESA-Rahmenprogramm Cosmic Vision 2015-25 stattfindet, sowie die allererste Mission, die im Rahmen dieses Programms startet.  Als kleine, sogenannte S-Mission und mit einem relativ kurzen Realisierungszeitraum von nur fünf Jahren vom Projektstart bis zum Abschuss mussten einige Herausforderungen gemeistert werden. So mussten Technologien zum Einsatz kommen, die bereits im Weltall erprobt und getestet wurden. Dies beeinflusste das Design des Satelliten in mehreren Aspekten.

„Sowohl das Cheops-Instrument als auch der Raumflugkörper selbst sind so gebaut, dass sie extrem stabil sind – damit sie die winzig kleinen Veränderungen in der Helligkeit weit entfernter Sterne messen können, die entstehen, während ihre Planeten sich auf ihren Umlaufbahnen vor sie schieben“, erklärt Nicola Rando, Cheops-Projektmanager bei der ESA.

„Zum Vergleich: Für einen Planeten wie die Erde würde das bedeuten, dass man sieht, wie sich das Sonnenlicht um einen winzigen Bruchteil eines Prozents verdunkelt, und zwar in Distanzen von mehreren Dutzenden Billionen von Kilometern und mehr. Nach dem Start fiebern wir jetzt dem ersten Teil der operativen Aktivitäten entgegen. Dafür müssen wir sichergehen, dass der Satellit und das Instrument wie erwartet funktionieren – denn die Wissenschaftler brauchen diese, um ihre bahnbrechenden Forschungen voranzubringen.“

An Bord der Sojus-Fregat-Rakete befand sich dabei nicht nur das Cheops-Weltraumteleskop, sondern auch der Satellit der zweiten Cosmo-Skymed-Satellitenkonstellation der italienischen Weltraumagentur ASI. Letzterer wurde 23 Minuten nach dem Start von der Rakete abgetrennt.

Weitere Informationen über Cheops

Die Cheops-Mission der ESA wird in Partnerschaft mit der Schweiz durchgeführt. Wichtige Beiträge kommen aus Österreich, Belgien, Frankreich, Deutschland, Ungarn, Italien, Portugal, Spanien, Schweden und Großbritannien.

Die ESA hat die Cheops-Mission gestaltet und ist zuständig für die Beschaffung und das Testen des Satelliten, den Start, die Launch and Early Operations Phase, die Inbetriebnahme im Orbit sowie das Gastbeobachter-Programm. Generalunternehmer für das Design und den Bau des Raumfahrzeuges ist Airbus Defence and Space in Spanien. Das von der Schweiz geleitete Konsortium der elf ESA-Mitgliedsstaaten hat wesentliche Elemente der Mission geliefert.

Cheops gehört zu den kleinen, sogenannten S-Missionen des wissenschaftlichen Programms der ESA. S-Missionen haben ein erheblich kleineres Budget als L- und M-Missionen (also große und mittlere Missionen) und einen wesentlich kürzeren Realisierungszeitraum vom Projektstart bis zum Abschuss ins All. Diese Voraussetzungen erfordern, dass Technologien verwendet werden, die bereits im Weltraum erprobt und getestet worden sind. Außerdem übernimmt das Konsortium eine Reihe von Aufgaben, die üblicherweise von der ESA geleistet werden; dazu gehört auch der Betrieb. Das Konsortium für die Cheops-Mission betreibt die Missions-Einsatzzentrale bei der spanischen Weltraumorganisation INTA im spanischen Torrejón de Ardoz sowie das wissenschaftliche Operationszentrum an der Universität Genf in der Schweiz.

80 Prozent der wissenschaftlichen Observationszeit durch Cheops ist für das Programm „Guaranteed Time Observing“ reserviert, welches durch das Cheops-Wissenschaftsteam bestimmt wird. Die verbleibenden 20 Prozent stehen der astronomischen Wissenschaftsgemeinde über das von der ESA organisierte Gastbeobachtungsprogramm zur Verfügung. Anträge hierfür werden in einem kompetitiven Peer-Review-Auswahlprozess genehmigt.

Eine Pressemappe über den Start der Cheops-Mission sowie die wissenschaftlichen Grundlagen des Programms steht unter folgendem Link zur Verfügung:
 https://esamultimedia.esa.int/docs/science/CHEOPS-MEDIAKIT_FA_2019-12-09.pdf 

Weitere Informationen zur Trägerrakete

Die Sojus-Trägerrakete, die von Arianespace im europäischen Weltraumbahnhof gesteuert wird, gehört zur Sojus-Version 2. Diese Mittelklasse-Trägerrakete kann bis zu drei Tonnen Fracht in geostationäre Erdumlaufbahnen transportieren.
Ihre Leistung ergänzt die der europäischen Trägerraketen Ariane 5 und Vega perfekt.

Bilder


Bilder von Cheops: http://www.esa.int/ESA_Multimedia/Search?SearchText=cheops&result_type=images

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Videos


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Über die ESA

Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) ist das Tor Europas zum Weltraum.

Sie ist eine 1975 gegründete zwischenstaatliche Organisation, deren Aufgabe darin besteht, europäische Raumfahrtkapazitäten zu entwickeln und sicherzustellen, dass die Investitionen in die Raumfahrt den Bürgern in Europa und weltweit zugutekommen.

Die ESA hat 22 Mitgliedstaaten: Österreich, Belgien, die Tschechische Republik, Dänemark, Estland, Finnland, Frankreich, Deutschland, Griechenland, Ungarn, Irland, Italien, Luxemburg, die Niederlande, Norwegen, Polen, Portugal, Rumänien, Spanien, Schweden, die Schweiz und das Vereinigte Königreich. Slowenien ist assoziiertes Mitglied.

Die ESA arbeitet förmlich mit sieben anderen EU-Mitgliedstaaten zusammen. Auch Kanada nimmt im Rahmen eines Kooperationsabkommens an bestimmten ESA-Programmen teil.

Dank der Koordinierung der Finanzressourcen und Kompetenzen ihrer Mitgliedstaaten kann die ESA Programme und Tätigkeiten durchführen, die weit über die Möglichkeiten eines einzelnen europäischen Landes hinausgehen. Des Weiteren arbeitet sie eng mit der EU bei der Verwirklichung der Programme Galileo und Copernicus und mit Eumetsat bei der Entwicklung von Meteorologiemissionen zusammen.

Die ESA entwickelt Raumfahrzeugträger, Satelliten und Bodenanlagen, um sicherzustellen, dass Europa bei Raumfahrtvorhaben weltweit an der Spitze bleibt.

Sie entwickelt und startet Erdbeobachtungs-, Navigations-, Telekommunikations- und Astronomiesatelliten, schickt Raumsonden in entlegene Regionen des Sonnensystems und beteiligt sich an der bemannten Exploration des Weltraums. Außerdem führt sie ein umfangreiches Anwendungsprogramm zur Entwicklung von Erdbeobachtungs-, Navigations- und Telekommunikationsdiensten durch.

Mehr über die ESA erfahren Sie unter www.esa.int

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