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Kepler ging schließlich das Benzin aus, aber es wird immer unsere Planetenjagdambitionen beflügeln

2020

Seit Jahrhunderten wundern sich Menschen über die Möglichkeit, dass andere Erden entfernte Sterne umkreisen. Vielleicht würden einige dieser fremden Welten seltsame Lebensformen beherbergen oder eine einzigartige und aussagekräftige Geschichte oder Zukunft haben. Erst 1995 entdeckten Astronomen die ersten Planeten, die sonnenähnliche Sterne außerhalb unseres Sonnensystems umkreisen.

Insbesondere in den letzten zehn Jahren stieg die Zahl der Planeten, von denen bekannt ist, dass sie ferne Sterne umkreisen, von unter 100 auf weit über 2.000, wobei weitere 2.000 Planeten wahrscheinlich auf ihre Bestätigung warten. Die meisten dieser neuen Entdeckungen sind auf ein einziges Unterfangen zurückzuführen - die Kepler-Mission der NASA.

Kepler ist ein Raumfahrzeug mit einem 1-Meter-Teleskop, das eine 95-Megapixel-Digitalkamera in der Größe eines Keksblattes beleuchtet. Das Instrument entdeckte winzige Helligkeitsunterschiede von 150.000 entfernten Sternen und suchte nach dem verräterischen Zeichen eines Planeten, der einen Teil des Sternenlichts blockierte, während es durch die Sichtlinie des Teleskops wanderte. Es ist so empfindlich, dass es aus einer Umlaufbahn über der Erde eine Fliege erkennen kann, die um eine einzelne Straßenlaterne in Chicago herumfliegt. Es kann Sterne zittern und vibrieren sehen; es kann Sternflecken und Fackeln sehen; und in günstigen Situationen kann es Planeten sehen, die so klein sind wie der Mond.

Keplers tausende Entdeckungen revolutionierten unser Verständnis von Planeten und Planetensystemen. Jetzt hat das Raumschiff jedoch keinen Hydrazinkraftstoff mehr und tritt offiziell in den Ruhestand. Glücklicherweise für Planetenjäger wurde die NASA-Mission TESS im April gestartet und wird die Suche nach Exoplaneten übernehmen.

Die Kepler-Mission wurde in den frühen 1980er Jahren vom NASA-Wissenschaftler Bill Borucki mit späterer Hilfe von David Koch konzipiert. Zu diesem Zeitpunkt waren keine Planeten außerhalb des Sonnensystems bekannt. Kepler wurde schließlich in den 2000er Jahren zusammengebaut und im März 2009 ins Leben gerufen. 2008 trat ich dem Kepler Science Team bei (als Neuling mit großen Augen) und leitete schließlich gemeinsam mit Jack Lissauer die Gruppe, die die Bewegungen der Planeten studierte.

Ursprünglich war geplant, dass die Mission dreieinhalb Jahre dauern sollte, mit möglichen Verlängerungen, solange der Treibstoff, die Kamera oder das Raumschiff anhielten. Mit der Zeit versagten Teile der Kamera, aber die Mission blieb bestehen. Als jedoch 2013 zwei der vier stabilisierenden Gyros (technisch "Reaktionsräder") ausfielen, endete die ursprüngliche Kepler-Mission praktisch.

Schon damals konnte die NASA mit einigem Einfallsreichtum das von der Sonne reflektierte Licht verwenden, um das Raumschiff zu steuern. Die Mission wurde in K2 umbenannt und suchte noch ein halbes Jahrzehnt nach Planeten. Jetzt, wo die Tankanzeige fast leer ist, geht die Planetenjagd zu Ende und das Raumschiff wird im Sonnensystem zurückgelassen. Der endgültige Katalog der Planetenkandidaten aus der ursprünglichen Mission wurde Ende letzten Jahres fertiggestellt und die letzten Beobachtungen von K2 werden abgeschlossen.

Die Erkenntnisse, die wir aus diesen Daten gewinnen können, werden noch Jahre andauern, aber was wir bisher gesehen haben, hat Wissenschaftler auf der ganzen Welt verblüfft.

Wir haben einige Planeten gesehen, die ihre Wirtssterne in nur wenigen Stunden umkreisen und so heiß sind, dass das Oberflächengestein wie ein Kometenschwanz verdampft und sich hinter dem Planeten ausbreitet. Andere Systeme haben Planeten, die so nahe beieinander liegen, dass der zweite Planet größer als 10 Vollmonde erscheint, wenn Sie auf der Oberfläche eines Planeten stehen. Ein System ist so voll mit Planeten, dass acht von ihnen näher an ihrem Stern sind als die Erde an der Sonne. Viele haben Planeten und manchmal mehrere Planeten, die in der bewohnbaren Zone ihres Wirtssterns kreisen, wo sich möglicherweise flüssiges Wasser auf ihrer Oberfläche befindet.

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Wie bei jeder Mission war das Kepler-Paket mit Kompromissen verbunden. Es musste einen einzelnen Teil des Himmels anstarren, der vier Jahre lang alle 30 Minuten blinkte. Um genügend Sterne für die Messung zu untersuchen, mussten die Sterne ziemlich weit entfernt sein - genau wie wenn Sie mitten in einem Wald stehen, gibt es mehr Bäume, die weiter von Ihnen entfernt sind als direkt neben Ihnen. Entfernte Sterne sind dunkel und ihre Planeten sind schwer zu studieren. In der Tat besteht eine Herausforderung für Astronomen, die die Eigenschaften von Kepler-Planeten untersuchen möchten, darin, dass Kepler selbst häufig das beste Instrument ist. Hochwertige Daten von bodengestützten Teleskopen erfordern lange Beobachtungszeiten mit den größten Teleskopen - wertvolle Ressourcen, die die Anzahl der beobachtbaren Planeten begrenzen.

Wir wissen jetzt, dass es in der Galaxie mindestens so viele Planeten gibt wie Sterne, und viele dieser Planeten sind ganz anders als das, was wir hier im Sonnensystem haben. Um die Eigenschaften und Persönlichkeiten der verschiedensten Planeten kennenzulernen, müssen Astronomen diejenigen erforschen, die hellere und nähere Sterne umkreisen, um mehr Instrumente und mehr Teleskope zur Geltung zu bringen.

Die NASA-Mission Transiting Exoplanet Survey Satellite unter der Leitung von George Ricker vom MIT sucht nach Planeten mit der gleichen Detektionstechnik wie Kepler. Die Umlaufbahn von TESS hat eine enge Beziehung zum Mond, anstatt sich um die Sonne zu bewegen: TESS umkreist die Erde zweimal für jede Mondumlaufbahn. Durch das Beobachtungsmuster von TESS wird nicht nur ein einzelner Teil des Himmels angestarrt, sondern fast der gesamte Himmel mit überlappenden Sichtfeldern gescannt (ähnlich den Blütenblättern einer Blume).

Angesichts dessen, was wir von Kepler gelernt haben, erwarten die Astronomen, dass TESS Tausende weiterer Planetensysteme findet. Durch die Beobachtung des gesamten Himmels werden wir Systeme finden, die die Sterne zehnmal näher und hundertmal heller umkreisen als die von Kepler - und so neue Möglichkeiten eröffnen, Planetenmassen und -dichten zu messen, ihre Atmosphären zu untersuchen, ihre Wirtssterne zu charakterisieren und zu etablieren die volle Natur der Systeme, in denen sich die Planeten befinden. Diese Informationen werden uns wiederum mehr über die Geschichte unseres eigenen Planeten erzählen, wie das Leben begonnen haben könnte, welche Schicksale wir vermieden haben und welche anderen Wege wir gegangen wären.

Die Suche nach unserem Platz im Universum geht weiter, als Kepler seine Reise beendet und TESS den Staffelstab übernimmt.

Jason Steffen ist Assistant Professor für Physik und Astronomie an der Universität von Nevada, Las Vegas. Dieser Artikel wurde ursprünglich in The Conversation veröffentlicht.

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