CHEOPS soll der ESA mehr über Exoplaneten verraten

Sie haben Namen wie Gliese 876d, OGLE-2005-BLG-390Lb oder 51 Pegasi b. Den Letzten haben der Schweizer Astrophysiker Michel Mayor und sein damaliger Doktorand Didier Queloz 1995 aufgespürt. Es war der erste Planet außerhalb unseres Sonnensystems – ein sogenannter Exoplanet. Vor einer Woche bekamen sie dafür den Physiknobelpreis.

Ab morgen macht eine ESA-Mission einen neuen Anlauf, um mehr über Exoplaneten herauszufinden: CHEOPS (CHaracterizing ExOPlanets Satellite) wird mit einer Sojus-Rakete vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou im französischen Guayana ins All geschossen und soll in den kommenden dreieinhalb Jahren bekannte Exoplaneten erforschen.

Die Astrophysikerin Monika Lendl vom Grazer Institut für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) ist im Science-Team der CHEOPS-Mission und wird die Daten analysieren, die der Satellit sendet. Die vergangenen Wochen hat Lendl mit der Auswahl der Planetensysteme verbracht. „Ich habe mir angeschaut, welche am interessantesten sind – WASP-12, WASP-103, KELT-9“, hat sie im Visier. „Alle sind etwa 100 Lichtjahre entfernt, befinden sich also in unser Galaxis, sogar in unserer Nachbarschaft“.

IWF-Direktor Wolfgang Baumjohann – „Wir haben den Bordcomputer gebaut, damit haben wir Erfahrung“ – stellt klar: „Eine zweite Erde finden, ist mit CHEOPS nicht möglich. Das Teleskop ist zu klein. Die Mission ist auch nicht dazu gedacht, neue Exoplaneten zu finden – das macht das amerikanische TESS-Teleskop.“ CHEOPS solle dabei helfen, bekannte Exoplaneten besser zu verstehen: Größe, Masse, Dichte und Zusammensetzung sollen genauer bestimmt werden. Dazu muss man wissen: Wandert ein Exoplanet vor seinen Heimatstern, verdeckt er einen Teil von dessen Oberfläche. Der Stern strahlt dann etwas weniger Licht ins All. „Wir messen das Licht, das wir von einem Stern bekommen“, sagt der CHEOPS-Leiter Willy Benz.

Teleskope (siehe Grafik oben) messen diese minimalen Veränderungen und weisen so immer neue Exoplaneten nach. Mit der so genannten Radialgeschwindigkeitsmethode kann man die Masse des Planeten berechnen. Dichte und weitere Eigenschaften lassen sich dann ableiten – etwa, ob der Planet aus Fels, Eis oder Gas besteht. Besonders interessant: Heiße Jupiter. „Sie sind zehnmal so groß wie die Erde und gigantische Gasbälle im All. Auf unserem Jupiter ist es ziemlich kalt, weil er so weit von der Sonne entfernt ist und wenig Licht abbekommt. Ein Heißer Jupiter liegt aber ganz nahe an seiner Sonne. 2.000 und mehr Grad sind keine Seltenheit. Dort schmilzt sogar Eisen“, sagt Lendl und ergänzt: „Wir wollen verstehen, was dort passiert. In unserem Sonnensystem ist das unbekannt.“

Dass die Infos gut zur Erde kommen, dafür sorgt das Institut für Astrophysik der Universität Wien, lieferte es doch die Programme zur Übertragung und Verarbeitung der wissenschaftlichen Daten. „Die von uns entwickelte Software ist eines der komplexesten und leistungsfähigsten Systeme zur Instrumentensteuerung, die die Europäische Weltraumagentur ESA jemals eingesetzt hat“, sagt Franz Kerschbaum von der Uni Wien.

Erde 2.0

Bleibt nur die Frage, wo sich eine zweite Erde befinden könnte: Die seltenen festen Planeten umkreisen ihren Mutterstern meist auf sehr engen Bahnen, weshalb dort zu hohe Temperaturen für die Entwicklung von Leben herrschen. Oder sie ziehen als Eiswelten weit draußen ihre Bahn.

Auch auf den Exoplaneten, die den richtigen Abstand haben, herrschen vermutlich lebensfeindliche Bedingungen, weil ihre Muttergestirne hochaktive Zwergsonnen sind – ihre energiereiche Strahlung sterilisiert die Oberfläche der Planeten regelrecht. Also keine Chance auf einen Gesteinsplaneten, der im richtigen Abstand um einen ruhigen Stern kreist? Einen, der nicht zu groß und nicht zu klein ist, um Landmassen und Ozeane und damit die Basis für Leben zu bilden?

Ab 2026 könnte Plato mehr in Erfahrung bringen. Schwerpunkt der Mission: die Suche nach erdähnlichen Exoplaneten, die um sonnenähnliche Sterne kreisen. Besonders interessiert ist man an Gesteinsplaneten mit Eisenkern, wie ihn auch unsere Erde hat: Nur sie können ein Magnetfeld ausbilden, das die Oberfläche vor energiereicher Strahlung aus dem All abschirmt – die Voraussetzungen für die Entwicklung von Leben. Und eine Erde 2.0.