Cheops prüft Planeten-Kandidaten
Es ist eine Mission der „S-Klasse“, die von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) im Herbst dieses Jahres ins Weltall befördert wird. Das „S“ steht für „small“: CHEOPS ist eine kleine Mission, ihr Name ein Kunstwort aus „Characterising Exoplanet Satellite“. Die Mission soll in erster Linie bereits bekannte, zumeist mit erdgestützten Teleskopen und der sogenannten Radialgeschwindigkeitsmethode entdeckte Exoplaneten untersuchen.
Mit der Radialgeschwindigkeitsmethode werden winzige Veränderungen im Lichtspektrum eines Sterns gemessen, die durch die Bewegung eines Sterns und eines oder mehrerer Planeten um den gemeinsamen Schwerpunkt verursacht werden. Diese Oszillation drückt sich in einer Dehnung (Rotverschiebung) oder Stauchung (Blauverschiebung) der Wellenlängen des Sternenlichts aus, dem nach dem österreichischen Physiker Christian Doppler (1803–1853) benannten „Dopplereffekt“.
Untersuchung verheißungsvoller Bewerber
Als 1995 – 40 Lichtjahre von der Erde entfernt – erstmals ein Planet entdeckt wurde, der einen sonnenähnlichen Stern umkreist, war dies eine astronomische Sensation. Gleichzeitig war es der Auftakt für eine neue Disziplin: Prof. Didier Queloz von der Universität Genf, einer der beiden Entdecker von 51 Pegasi b – so die Bezeichnung für den planetaren Begleiter des Sterns Helvetios im Sternbild des Pegasus –, nennt sie „Exoplanetologie“. Das Wort ist wiederum eine Zusammensetzung, und zwar aus den Begriffen Planetologie, die bis zu diesem Zeitpunkt auf das Sonnensystem beschränkt war, und den extrasolaren Planeten oder kurz Exoplaneten. Sie sind die neuen Mitglieder im astronomischen „Zoo“.
Heute sind schon über 4.000 Exoplaneten bekannt, entdeckt von Teleskopen auf der Erde oder von Weltraumteleskopen wie Kepler, TESS und CoRoT. Vor allem die Kepler-Mission hat viele Planetenkandidaten ausgemacht, die aber noch zu überprüfen und zu bestätigen sind. Die Hauptaufgabe von CHEOPS ist es daher, über das Vermessen der Lichtkurven von hellen Sternen bei sogenannten Transits (also den Passagen von Exoplaneten vor ihrem Stern) und deren damit verbundener minimaler Verdunklung, Planeten hinsichtlich ihrer Größe, Umlaufzeit und physikalischer Parameter zu beurteilen.
Der Schlüssel liegt in der Dichte
Das Hauptziel der 2012 ausgewählten Mission ist die Untersuchung der Struktur von Exoplaneten, die größer als die Erde und kleiner als Neptun sind, also Durchmesser zwischen etwa 10.000 und 50.000 Kilometern haben. Dabei wird eine Technik verwendet, die als hochpräzise gilt: die Transitphotometrie. Voraussetzung dafür ist eine günstige Beobachtungsgeometrie. Der mit dem Dopplereffekt identifizierte Planet muss in der Beobachtungsebene des CHEOPS-Teleskops vor seinem Stern vorbeiziehen. Erst dann ist eine Lichtkurvenaufzeichnung mit der Transitmethode möglich.
Durch das Beobachten der Abdunklung des Sternenlichts während eines Transits ist es möglich, die Größe des Planeten zu bestimmen. Sie liefert in Kombination mit der Masse – die aus den Radialgeschwindigkeitsmessungen bekannt ist – ein Maß für die Dichte des Planeten. Diese ist einer der wichtigsten Parameter, um den Stern zu charakterisieren und um die Natur dieser Planeten zu erkennen. So lassen sich zum Beispiel erdähnliche Planeten mit festen Gesteinsoberflächen von Gasplaneten oder Ozeanwelten unterscheiden. Der Sensor des Teleskops ist in den Wellenlängen des sichtbaren Lichts bis ins nahe Infrarot empfindlich, also von 400 bis 1.100 Nanometer.
CHEOPS wird die Planeten außerdem beobachten, während sie sich auf ihrem Orbit um ihren Zentralstern herum bewegen und von dessen Licht beschienen werden. Daraus wollen die Forscherinnen und Forscher Rückschlüsse auf die Existenz einer Atmosphäre ziehen, vielleicht sogar herausfinden, ob der beobachtete Exoplanet Wolken hat. Anders als frühere Missionen ist CHEOPS also keine „Entdeckungsmaschine“, sondern eine Folgemission, die sich auf einzelne Sterne konzentriert, von denen bereits bekannt ist, dass sie einen oder mehrere Planeten beherbergen. Neue, vor allem erdähnliche Exoplaneten finden soll ab 2026 die wesentlich größere ESA-Mission PLATO, bei der 26 einzelne Teleskope und Kameras zum Einsatz kommen.