CUTE
Die Atmosphären heißer Jupiter im Visier
Redaktion / Pressemitteilung des Instituts für Weltraumforschung der ÖAW
astronews.com
28. September 2021

Ein kleiner Mini-Satellit soll in den kommenden Monaten riesige extrasolare Gaswelten erforschen: Das Colorado Ultraviolet Transit Experiment, kurz CUTE, ist in der vergangenen Nacht erfolgreich ins All gestartet. Durch Beobachtung der Atmosphären von heißen Jupitern erhoffen sich die Forschenden auch allgemeinere Informationen über die Planetenentwicklung.

Künstlerische Darstellung des Satelliten CUTE im Erdorbit. Bild: LASP / UCB  [Großansicht]

Zusammen mit dem Satelliten Landsat 9 wurde gestern Abend von der Vandenberg Space Force Base in Kalifornien auch das Colorado Ultraviolet Transit Experiment (CUTE) gestartet. Der kleine Satellit soll die Atmosphären von extrasolaren Planeten untersuchen. CUTE ist nur von seiner Größe her "niedlich", englisch "cute": Im Inneren des Satelliten steckt Hightech vom Feinsten: Es handelt sich nämlich um die erste von der NASA finanzierte CubeSat-Mission, die einen Blick auf ferne Welten außerhalb unseres Sonnensystems wirft - ein wichtiger Test dafür, wozu diese kleinen Raumfahrzeuge in der Lage sein könnten.

"Das etwa vier Millionen Euro teure Raumfahrzeug, ein viel kleinerer Satellitentyp als üblich, auch als CubeSat bekannt, ist ungefähr so groß wie eine Schuhschachtel", so Luca Fossati vom Das Grazer Institut für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, das als wichtigster nicht-amerikanischer Partner an der Mission beteiligt ist. Fossati ist Mitglied im CUTE Science Team ist. Im Gegensatz zu größeren Weltraummissionen, die oft Hunderte von Millionen Euro kosten, können CubeSats kostengünstig und schneller hergestellt werden und trotzdem von wissenschaftlichem Nutzen sein.

Der Mini-Satellit verfolgt große wissenschaftliche Ziele: Im Laufe von etwa sieben Monaten soll er eine besondere Klasse von extrasolaren Planeten ins Visier nehmen, die als "heiße Jupiter" bezeichnet werden. Wie ihr Name schon sagt, sind diese Gasplaneten sowohl groß als auch sehr heiß und erreichen Temperaturen von Tausenden von Grad Celsius. Sie umrunden ihre Sonne auf sehr engen Bahnen. "Dank der Ergebnisse werden wir besser verstehen, wie sich diese und viele andere Planeten über Milliarden von Jahren entwickeln und sogar schrumpfen", erläutert Fossati das Missionsziel.

CUTE befasst sich mit einem besonders "heißen" Thema der Astrophysik: Heiße Jupiter und ihre noch chaotischeren Cousins, die ultraheißen Jupiter, sind eine äußerst unwirtliche Klasse von Gaswelten. Ein Beispiel dafür ist KELT-9b: Dieser Planet, der sich in einem Sternensystem befindet, das etwa 670 Lichtjahre von unserem entfernt ist, hat eine Masse, die fast dreimal so groß ist wie die des Jupiters. Aber KELT-9b kreist auch viel näher an seinem Mutterstern - so nah, dass die Temperaturen auf dem Planeten 7800 Grad Celsius erreichen. "Durch die Nähe zu seinem Stern, der fast zweimal so heiß wie unsere Sonne ist, erhält KELT-9b eine enorme Strahlungsmenge", berichtet Fossati.

Diese Strahlung fordert mit der Zeit ihren Tribut von den Planeten. Bei diesen Temperaturen beginnen sich die Atmosphären heißer Jupiter auszudehnen. Sie können sogar ins All entweichen. Und genau hier kommt CUTE ins Spiel: Der Satellit wird die aufgeblähten Atmosphären dieser wirklich heißen, ziemlich gashaltigen Exoplaneten untersuchen und messen, wie schnell die Gase entweichen.

"Die Ergebnisse werden uns nicht nur viel über heiße Jupiter, sondern über die gesamte Bandbreite der in der Galaxie existierenden Planeten sagen können," so Fossati. Dazu gehören auch kleine und felsige Welten wie die Erde und ihre nahen Nachbarn. Der Mars beispielsweise hat im Laufe von fast drei Milliarden Jahren ebenfalls einen Großteil seiner Atmosphäre verloren, so dass der Planet für Menschen unbewohnbar geworden ist. CUTE soll während seiner kurzen Lebensdauer so viele heiße Jupiter wie möglich abtasten. "Der Satellit wird beweisen, dass auch 'niedliche' Dinge bemerkenswerte wissenschaftliche Arbeit leisten können", ist Fossati überzeugt.

CUTE misst 30 mal 20 mal 10 Zentimeter, das entspricht ungefähr der Größe einer Schuhschachtel. Der CubeSat wird die obere Atmosphäre der fernen Welten mithilfe der Ultraviolett-Spektroskopie erforschen und die Zielobjekte während eines sogenannten Planetentransits beobachten: "Wenn der Planet von der Erde aus gesehen vor dem Stern vorbeizieht, gelingt es einem Teil des Sternenlichts die Planetenatmosphäre zu durchdringen und eine charakteristische Signatur im Sternenspektrum zu hinterlassen", erklärt Fossati. Diese mit CUTE erfassten Spektra werden zur näheren Beobachtung der Atmosphäre herangezogen, um den Masseverlust der Planeten besser zu verstehen.

CUTE wurde am Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) der University of Colorado in Boulder in den USA entwickelt und gebaut. Das IWF stellte die Analyse des optischen Systems bereit und lieferte den Datensimulator und die Datenreduktions-Pipeline. Der österreichische Beitrag zu CUTE wurde von der Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) finanziert. Weitere Projektpartner im CUTE-Team stammen aus Arizona, Irland, Frankreich und den Niederlanden.