Eine zweite Erde ganz nah? | Das TESS-Teleskop!

... erinnert man sich noch an die Schlagzeilen, welche das Kepler-Teleskop in den Fokus der Medien rückte. Kepler findet acht Planeten in fernen Sonnensystem oder 1000 neue Welten, aber keine zweite Erde. Bereits seit 2009 ist Kepler fleißig auf der Suche nach fernen Planeten.
Das Kepler-Teleskop[1] hat eine wahrlich tragische, wenn auch sogleich beeindruckende, Geschichte auf seinem Buckel, oder - besser gesagt - seiner Reaktionsräder.
Anfänglich wurde das Kepler-Teleskop mit dem Ziel gestartet einen kleinen Teil des Sternenhimmels im Sternbild Schwan (ungefähr 190'000 Sterne) nach extraterrestrischen Planeten abzusuchen, mit einem weiteren Fokus darauf auch bewohnbare/habitable Planeten zu finden - umgangssprachlich also "eine zweite Erde".

Leider fingen im Juli 2012 die Reaktionsräder an zu verschleißen. Diejenigen Räder, welche dafür sorgten, dass Kepler "fix" im Weltall ist und immer in die gleiche Richtung sieht. Anfangs war es nur ein redundantes Rad. Ein dreiviertel Jahr später, am 11. Mai 2013, fiel ein zweites Reaktionsrad aus. Die Stabilisierung Keplers war dahin, die Lage der Mission gefährdet. Kepler sammelte weiterhin Daten[3] bis zum 15. August 2013, als die "endgültige" Einstellung der Mission bekanntgegeben wurde.
Eine in Auftrag gegebene Studie lies allerdings hoffen! Zitierend aus Wikipedia: Mich persönlich freute diese Nachricht sehr. Der weitere Verlauf ist hier geschildert, inklusive einer grafischen Darstellung der Methode, wie man Kepler stabilisierte. Ein kleiner, vereinfachter, aber interessanter Exkurs.
Doch, kommen wir nun wieder zurück und gehen in Richtung des eigentlichen Themas und stellen uns die Frage: "Wie findet Kepler so kleine Klumpen aus Gas oder Gestein, die wir Planeten nennen?"
Mittels der sogenannten Transitmethode!

Vielleicht ...

Tatsächlich erfüllte Kepler durchaus den ersten Teil seiner Aufgabe fast makellos und fand 2335 Planeten, welche andere Sonnen umkreisen, und es befinden sich unter diesen 2335 Exoplaneten auch einige Planeten in der habitablen Zone, allerdings sind es nur vergleichsweise wenige Kandidaten, wenn man diese mit allen Funden Keplers vergleicht.[2] Kepler konnte allerdings zeigen, dass es ausreichend Exoplaneten gibt, und auch, dass man erdähnliche Planeten finden kann.

NASA, Gemeinfrei. Darstellung des Kepler-Teleskops.

Am 25. November 2013 gab die NASA bekannt, eine Möglichkeit gefunden zu haben, das Teleskop trotz Ausfall der zwei Reaktionsräder wieder einsatzbereit zu machen. Dabei sollen die zwei verbliebenen Motoren gegen den Druck der Photonen der Sonne arbeiten und so Kepler stabilisieren.[4]

Kurz zusammengefasst fixiert Kepler eine Gruppe von Sternen und beobachtet diese, ob sich in ihrem Lichtverhältnis eine regelmäßige Änderung einstellt. Sollte nämlich an einem Stern ein Himmelskörper vorbeiziehen, so verdunkelt sich die scheinbare Helligkeit des Sterns in regelmäßigen Abständen, welches die Photosensoren in dem Teleskop wahrnehmen können.
Anhand dieser Veränderung kann man dann herleiten, was man denn gefunden hat. Diese Methode hat sich bewehrt und kommt auch in dem TESS-Teleskop zum Einsatz!
Interessant ist auch, dass die Transitmethode nur eine von vielen Möglichkeiten ist!

M. Kuhlberg (Netazon), CC-BY-SA, Animierter Transit.

Die Finanzierung der [erweiterten Kepler]-Mission wurde im Juni 2016 bis zum Ende durch Treibstoffmangel erweitert, inklusive der Beendigungsprozeduren am Schluss. Dieses wird irgendwann im Jahr 2018 der Fall sein.

Das zukünftige, bereits geplante, Weltraumteleskop mit dem Namen "TESS"[5] soll als Nachfolger des Kepler-Teleskops zwischen April bis Juni 2018 starten, passend zum voraussichtlichen, finalen, Ende des Vorgängers.
Frei übersetzt steht TESS für "Exoplaneten-Such-Satellit mittels Transitmethode". Denn TESS erfüllt den gleichen Zweck wie Kepler und TESS arbeitet auch mit der genau gleichen bewährten Methodik.
Verglichen mit seinem Vorgänger richtet TESS seine Aufmerksamkeit allerdings auf erdnahe Sterne (wie Alpha Centauri), mit dem Ziel "erdähnliche Planeten" zu finden. Besonderen Fokus wird auf Sterne der Spektralklasse G, K und M gelegt. Spektralklassen sind Einteilungen der Sterne nach Temperatur aus welcher sich die habitable Zone ermitteln lässt. Unsere Sonne hat die Spektralklasse G, und Sterne der Klasse K und M sind kleiner und kälter als unsere Sonne - und sehr gute Kandidaten für erdähnliche Planeten!
Diese Sterne müssen für die Beobachtung durch TESS nur ungefähr so hell sein, wie es Neptun oder Pluto an unserem Nachthimmel momentan sind. In Zahlen spricht man von einer scheinbaren Helligkeit "größer" 12 mag, wobei negative Werte einen helleres Objekt am Himmel repräsentieren. Des Weiteren beobachtet die NASA ganze 500'000 Sterne mit diesem Teleskop, also einer ungefähr dreifachen Anzahl an Sternen und über einer gut 400-fach größeren Fläche - im Vergleich zu Kepler. Anfänglich sollen über eine zwei Jahre andauernde Mission diese Sterne beobachten und herausfinden, ob diese Exoplaneten beherbergen. Schätzungen zufolge geht die NASA von mehr als 3'000 möglichen Exoplaneten aus, welche ungefähr so groß wie die Erde, oder etwas größer, sind. Auch 20 übergroße, erdähnliche, Planeten werden erwartet.
Zur Aufnahme und Überwachung der Sterne wird TESS vier hochauflösende Weitwinkel-Kameras mit CCD-Sensoren nutzen. Aufgrund diesen vier Weitwinkel-Kameras ist es TESS möglich einen großen Winkel auf einmal zu beobachten.
Das Teleskop beobachtet dann, jeweils über einen zweiwöchigen Zeitraum, verschiedene Sektoren am Sternenhimmel und sammelt Daten über die Helligkeit(-sveränderungen) der Sterne. Und anhand diesen Veränderungen kann man auf Exoplaneten schlussfolgern.

Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS)

Die NASA hat aus ihren früheren Fehlern und Komplikationen mit dem Kepler-Teleskop gelernt und planen ihren Satelliten TESS nun in einen stark elliptischen, aber jahrzehntelang stabilen, 14-Tage-Orbit zwischen Erde und Mond zu positionieren. Dadurch können Fehler durch erhöhte Temperaturschwankungen und gravierende Schäden durch den Ausfall von gewissen Reaktionsrädern vermieden werden.[6]

Was erwartet man?

NASA, Gemeinfrei. Darstellung von TESS.

Erstaunlicherweise eben nicht! TESS ist nur ungefähr eineinhalb Meter hoch und mit den Solaranlagen nur vier Meter weit. Das Startgewicht beträgt auch "nur" 350 Kilogramm.

So ein Satellit ist doch riesig, oder?

Es geht nicht um das "Warum", sondern um das "Warum Nicht"![Ton - Laut!]
Spaß beiseite. Wir wissen bereits durch vorhergehende Missionen und Entdeckungen, und insbesondere durch Kepler, dass es sehr viele Planeten draußen im Weltall gibt. Wir wissen auch, dass es auf Planeten/Monden wie Europa[7] oder Titan durchaus Leben existieren könnte. Da denkt zwar niemand an "Aliens" - allerdings würde der Fund fremden, extraterrestrischen, Lebens beweisen, dass es nicht nur auf der Erde Leben gibt und beweist damit auch, dass wir definitiv kein Einzelfall sind! Sollte es allerdings dazu kommen, dass wir Mikroben und Einzeller auf diesen Himmelskörpern finden, so können wir davon ausgehen, dass wir Menschen definitiv nicht die letzte Zivilisation sein wird, welche ihr Universum erkundet. Doch, sind wir die erste? Und wenn nicht, werden wir bald auf andere Zivilisationen treffen? Das ist das Fermi-Paradoxon.[8]
Des Weiteren finden wir Menschen - vielleicht - durch die Mission TESS einen möglicherweise erdähnlichen Planeten in unserer "Nähe", sodass es praktikabel wäre dort sogar ein Generationenschiff hinzuschicken!

NASA, Pixabay.com, CC0 Lizenz.

Generell bin ich, persönlich, sehr optimistisch, was die Zukunft der Menschheit bezüglich interstellarer Reisen angeht. Ich wünschte mir, ich könnte mich selbst in ein Raumschiff setzen und die fremden Sterne und Planeten bereisen. Doch, ich bezweifel, dass dies in meinem Leben möglich sein wird. Auch wenn dem Menschen (auch aufgrund vieler Naturgesetze) einige Steine in den Weg gelegt werden, so ist es meine Hoffnung, dass wir - als Zivilisation - unsere Milchstraße "kolonisieren" und die Zeiten überdauern können.
Werden wir dabei auf außerirdisches Leben treffen, oder gar eine hochentwickelte Zivilisation kennen lernen?

Warum brauchen wir eigentlich einen Nachfolger für Kepler?

- Arthur C. Clarke

Es existieren zwei Möglichkeiten:
Entweder sind wir alleine im Universum, oder wir sind es nicht.
Beide sind gleichermaßen Furcht erregend.

Es gibt noch ein ähnliches Projekt bei der ESA, mit dem Namen "CHEOPS" - einfach mal hier klicken.
Quellen:

• https://www.derstandard.de/story/2000074415280/neuer-exoplanetenjaeger-weltraumteleskop-tess-soll-im-april-starten
• https://de.sputniknews.com/wissen/20160729311831502-tess-teleskop-erde/
• https://de.wikipedia.org/wiki/Transiting_Exoplanet_Survey_Satellite
• https://en.wikipedia.org/wiki/Transiting_Exoplanet_Survey_Satellite
• http://grenzwissenschaft-aktuell.blogspot.de/2013/04/planetensucher-tess-kepler-nachfolger.html
• https://www.br.de/themen/wissen/kepler-weltraumteleskop-exoplaneten-100.html
• http://www.spektrum.de/kolumne/1000-neue-welten-aber-keine-zweite-erde/1465733
• https://www.weltderphysik.de/gebiet/universum/exoplaneten/nachweismethoden/
• Kepler Weltraumteleskop

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Mit interstellaren Grüßen,
Serylt