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Exoplaneten-Charakterisierung kann beginnen
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Universität Bern
astronews.com
17. April 2020
Nächster Meilenstein für CHEOPS: Nach umfangreichen Tests in
der Erdumlaufbahn, die wegen der Covid-19-Pandemie vom Missionspersonal
teilweise vom Homeoffice aus durchgeführt werden mussten, wurde das
Weltraumteleskop Ende März für wissenschaftsreif erklärt. Mit CHEOPS sollen
extrasolare Planeten genauer untersucht werden, um etwa mehr über ihre
Lebensfreundlichkeit zu erfahren.
Aufnahme von CHEOPS des Sterns HD 88111.
Durch die gewollte Defokussierung erreicht CHEOPS eine bessere
photometrische Präzision.
Bild: ESA / Airbus / CHEOPS Mission
Consortium [Gesamtansicht] |
Am Mittwoch, 25. März 2020 erklärte die ESA nach fast drei Monaten
umfangreicher Tests und mitten in der Ausgangssperre zur Eindämmung der
Corona-Pandemie das Weltraumteleskop CHEOPS für wissenschaftsreif. Das gab
teilte die Universität Bern nun in einer Presserklärung mit. Mit diesem Erfolg
übergab die ESA die Verantwortung für den Betrieb von CHEOPS an das
Missionskonsortium, das sich aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern und
aus Ingenieurinnen und Ingenieuren von rund 30 Institutionen aus 11 europäischen
Ländern zusammensetzt.
Der erfolgreiche Abschluss der Testphase erfolgte in einer sehr
herausfordernden Zeit, in der fast das gesamte Missionspersonal seine Arbeit im
Homeoffice verrichten musste. "Möglich wurde der Abschluss der Testphase nicht
zuletzt dank dem vollen Einsatz aller Beteiligten und durch die Tatsache, dass
die Mission über eine weitgehend automatisierte Betriebskontrolle verfügt, die
es ermöglicht, auch von zu Hause aus Befehle zu senden und Daten zu empfangen",
sagt Willy Benz, Astrophysikprofessor an der Universität Bern und
Hauptverantwortlicher des CHEOPS-Konsortiums.
Von Anfang Januar bis Ende März testete und kalibrierte ein Team von
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, Ingenieurinnen und Ingenieuren,
Technikerinnen und Techniker CHEOPS ausgiebig. "Wir waren begeistert, als wir
feststellten, dass alle Systeme wie erwartet oder sogar besser als erwartet
funktionierten", erzählt die CHEOPS-Instrumentenwissenschaftlerin Andrea Fortier
von der Universität Bern, die das Inbetriebnahme-Team des Konsortiums leitete.
Das Team konzentrierte sich zunächst auf die Beurteilung der photometrischen
Leistungen des Weltraumteleskops. CHEOPS ist als Gerät von extremer Präzision
konzipiert worden, das in der Lage ist, Exoplaneten von der Größe der Erde zu
entdecken. "Der kritischste Test bestand darin, die Helligkeit eines Sterns auf
eine Abweichung von 0,002% (20 Millionstel) genau zu messen", erklärt Willy
Benz. Diese Präzision ist erforderlich, um die Verdunkelung durch den Durchgang
eines erdgroßen Planeten vor einem sonnenähnlichen Stern (ein als «Transit»
bezeichnetes Ereignis, das mehrere Stunden dauern kann), gut zu erkennen. CHEOPS
sollte auch demonstrieren, dass es dieses Niveau an Präzision während zwei
aufeinanderfolgenden Tagen halten kann.
Um dies zu verifizieren, zielte das Team auf einen Stern namens HD 88111. Der
Stern liegt 175 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Wasserschlange,
und es ist nicht bekannt, ob ein Planet um ihn kreist. CHEOPS nahm alle 30
Sekunden während 47 aufeinanderfolgenden Stunden ein Bild des Sterns auf. Jedes
Bild wurde sorgfältig analysiert, zuerst durch eine spezialisierte automatische
Software, dann durch die Teammitglieder, um anhand der Bilder die Helligkeit des
Sterns so genau wie möglich zu bestimmen.
Das Team erwartete, dass sich die Sternhelligkeit während der
Beobachtungszeit aufgrund einer Vielzahl von Effekten etwas verändern würde, wie
beispielsweise durch andere Sterne im Sichtfeld, durch leichte Zitterbewegungen
des Satelliten oder durch den Einfluss der kosmischen Strahlung auf den
Detektor. Die Helligkeit des Sterns, die aus den 5.640 von CHEOPS über 47
Stunden aufgenommenen Bilder bestimmt wurde, war erstaunlich konstant. "Die von
CHEOPS gemessene Lichtkurve war somit erfreulich flach. Das Weltraumteleskop
übertrifft damit die Anforderung, die Helligkeit auf eine Abweichung von 0,002%
(20 Millionstel) genau messen zu können», sagt der CHEOPS Mission Manager
Christopher Broeg von der Universität Bern.
Das Team beobachtete zahlreiche weitere Sterne, darunter einige, von denen
bekannt ist, dass Planeten um sie kreisen, sogenannte Exoplaneten. CHEOPS zielte
auf das Planetensystem HD 93396, das 320 Lichtjahre von uns entfernt im
Sternbild Sextant liegt. Dieses System besteht aus einem riesigen Exoplaneten
namens KELT-11b, der 2016 entdeckt wurde und der in 4,7 Tagen den Stern HD 93396
umkreist. Der Stern ist fast dreimal so groß wie die Sonne.
Das Team wählte dieses spezielle System, weil der Stern so groß ist, dass der
Planet lange braucht, um vor ihm vorbeizuziehen, nämlich fast acht Stunden.
"Dies gab CHEOPS die Gelegenheit, seine Fähigkeit zu demonstrieren, lange
Transitereignisse einzufangen. Diese sind vom Boden aus nur schwer zu beobachten
sind, weil die Nächte, in denen es möglich ist, acht Stunden lang mit hoher
Qualität zu beobachten, sehr selten sind", erklärt Didier Queloz, Professor am
Departement für Astronomie an der Naturwissenschaftlichen Fakultät der
Universität Genf und Sprecher des CHEOPS-Wissenschaftsteams.
Der von CHEOPS gemessene Transit von KELT-11b erlaubte es, die Größe des
Exoplaneten zu bestimmen. Er hat einen Durchmesser von 181.600 km, den CHEOPS
mit einer Genauigkeit von 4.290 km messen kann. Der Durchmesser der Erde beträgt
nur etwa 12.700 km, derjenige des Jupiters dagegen – des größten Planeten
unseres Sonnensystems – 139.900 km. Der Exoplanet KELT-11b ist also größer als
Jupiter, er hat allerdings fünfmal weniger Masse, was eine extrem geringe Dichte
bedeutet.
"Dieser Exoplanet würde in einem Aquarium schwimmen, das groß genug ist",
sagt David Ehrenreich, CHEOPS-Projektwissenschaftler von der Universität Genf.
Die geringe Dichte wird der Nähe zwischen diesem Exoplaneten und seinem großen
Zentralstern zugeschrieben. Diese Messungen von CHEOPS seien fünfmal genauer als
solche von der Erde aus, sagt Benz. "Dies gibt einen Vorgeschmack, was wir mit
CHEOPS in den kommenden Monaten und Jahren erreichen können", so Benz weiter.
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