CHEOPS (Weltraumteleskop)

CHEOPS
Typ:	Weltraumteleskop
Betreiber:	Europaische Weltraumorganisation ESA
COSPAR-Bezeichnung:	2019-092B
Missionsdaten
Masse:	290 kg[1]
Größe:	2,6 m Höhe[1]
Start:	18. Dezember 2019, 08:54:20 UTC
Startplatz:	Centre Spatial Guyanais[2]
Trägerrakete:	Sojus-ST-B/Fregat[2]
Status:	im Orbit
Bahndaten
Umlaufzeit:	98,8 Minuten[3]
Bahnneigung:	98,2°[4]
Apogäum:	ca. 710 km
Perigäum:	ca. 700 km

CHEOPS (für CHaracterising ExOPlanet Satellite) ist ein Weltraumteleskop der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) mit dem Missionsziel, Exoplaneten in der näheren Umgebung der Erde zu charakterisieren und zu untersuchen. Es wird dafür etwa 400 Sterne^[5] mit bereits bekannten Planetensystemen aus einer Erdumlaufbahn beobachten.

Der Satellit ist die erste einer möglichen Reihe sogenannter S-Klasse-Missionen, die innerhalb vergleichsweise kurzer Zeit (von 4 Jahren) und mit beschränktem Budget realisiert werden sollen. Wie die ESA am 19. Oktober 2012 bekannt gab,^[6] wurde die Mission aus insgesamt 26 Vorschlägen ausgewählt, die im Frühjahr des Jahres angefordert worden waren. Hauptpartner der ESA ist die Schweiz,^[7] weitere Beiträge kommen aus zehn anderen Ländern.^[4] Der Satellitenbus basiert auf dem AstroBus von Airbus.^[1] Am 18. Dezember 2019 startete eine Sojus-Rakete mit dem Teleskop an Bord ins All.^[8]

Ziele

CHEOPS soll helle, aber wenig aktive Sterne mit bereits nachgewiesenen Exoplaneten in der Größe zwischen Supererde und Neptun mittels ultrapräziser Photometrie untersuchen. Die beobachteten Objekte wurden bereits vor der Mission gefunden, z. B. durch die RV-Methode oder bodengestützte Transitsuchen wie NGTS. Es wurde erwartet, dass NGTS ungefähr 50 Ziele mit weniger als sechs Erdradien Durchmesser für die Mission finden wird. Diese Sterne sind hell genug, um später Messungen der Radialgeschwindigkeiten in entsprechender Präzision zu ermöglichen. Das System soll bei Sternen der Magnitude V < 9 eine photometrische Genauigkeit von 20 ppm für 6 Stunden Zeitskalen erreichen und 85 ppm über 3 Stunden bei Magnitude V < 12. Im Gegensatz zu bisherigen Transit-(Such-)Missionen wird CHEOPS nicht primär nach weiteren Exoplaneten suchen, sondern bekannte Exoplaneten genauer untersuchen. Der Satellit konzentriert sich dabei auf die hellsten Sterne, bei denen sowohl präzise Planetenmassen (RV-Methode) als auch durch CHEOPS Planetenradien auf 10 % genau bestimmt werden können. Aus Masse und Durchmesser kann die Dichte berechnet werden, die wiederum Rückschluss über die Beschaffenheit des Exoplaneten ermöglicht. So lässt sich bestimmen, ob der Planet überwiegend aus Gestein, Eis oder Gas besteht. Dadurch kann CHEOPS auch bei der Auswahl von zu beobachtenden Planeten helfen, die später an teuren Großteleskopen wie dem JWST oder dem ELT genauer untersucht werden sollen.^[5]

Technik

CHEOPS soll durch hochpräzise Helligkeitsmessungen mit einem Teleskop von 32 cm Öffnung und 1,2 m Länge erwartete Passagen von Exoplaneten vor deren Zentralstern beobachten (Transitmethode) und daraus deren Größen, Massen und mögliche Atmosphären bestimmen. Diese Öffnung ist wesentlich größer als bei den Teleskopen, wie TESS oder Kepler, die auf die Suche nach extrasolaren Welten und nicht auf deren Untersuchung ausgelegt waren.^[5] Damit das Bild des Sterns möglichst viele seiner CCD-Pixel bedeckt und die Untersuchung möglichst genau wird, wird das Teleskop bei seinen Untersuchungen unscharf eingestellt.^[9]

Der etwa 290 kg schwere Satellit wird dazu in einen 700 km hohen sonnensynchronen Orbit (SSO) gebracht. CHEOPS soll die wissenschaftlichen Daten sowie Telemetrie und Steuerung im S-Band übertragen. Das Teleskop und insbesondere die Radiatoren, welche die Elektronik kühlen, werden im Weltraum beim Einsatz durch die Solarpanele und einen kleinen Sonnenschild vor der Sonnenwärme geschützt. Die Primärmission des Satelliten soll 3,5 Jahre dauern, der Start war für den 17. Dezember 2019 mit einer Sojus-Rakete vorgesehen,^[10] musste aber kurzfristig abgesagt werden. Die Sojus-Rakete mit dem Weltraumteleskop startete am 18. Dezember 2019.

Geschichte

Im Jahr 2008 planten Willy Benz und Didier Queloz eine Machbarkeitsstudie für einen Kleinsatelliten als neuen Forschungsschwerpunkt für den Schweizerischen Nationalfonds. Die Machbarkeitsstudie entstand 2010 ohne den Nationalfonds, aber mithilfe anderer Partner. Das Projekt schien infolgedessen gestorben, da ein Weltraumprojekt im Umfang von 100 Millionen Franken für die Schweiz alleine zu teuer war. Im Frühjahr 2012 schrieb die bis dahin nur größere Missionen unterstützende ESA erstmals eine Mission dieser Klasse aus. Die Berner Astronomen bildeten daraufhin ein Konsortium von 11 Nationen. 33 Millionen Franken steuerte die Schweiz bei und deren Industrie stellte die Struktur des Satelliten her. Die Optik stammt aus Italien, die Elektronik aus Deutschland. Im Oktober 2019 wurde der Satellit nach Tests auf den Europäischen Weltraumbahnhof gebracht,^[11] von wo aus er schließlich am 18. Dezember 2019 gestartet wurde.

Missionsverlauf seit dem Start

2020

Nach dem Start im Dezember 2019 wurden zu Beginn des Jahres 2020 die ersten Tests durchgeführt. Dazu wurden unter anderem bekannte Sterne beobachtet, um die Leistungsfähigkeit der Instrumente im Orbit zu prüfen.^[12] Das erste Target war der Stern HD 70843.^[13] Das Bild von HD 70843 zeigte die erwartete und gewünschte Verzerrung und stellte einen wichtigen Zwischenschritt bei der Vorbereitung der wissenschaftlichen Mission dar. Ein weiteres wichtiges Ziel war zu zeigen, dass die Helligkeitsmessung eines Sterns mit einer Varianz von lediglich 0,002 % durchgeführt werden kann. Hierzu wurde der Stern HD 88111 beobachtet, von dem bisher keine Exoplaneten bekannt sind. Das Signal zeigte eine Varianz von 0,0015 % und konnte damit die hohen Erwartungen erfüllen.^[14] Im weiteren Verlauf ging es darum, erste Planetenbeobachtungen mittels der Transitmethode durchzuführen. Ein erster Erfolg wurde im Frühling 2020 erreicht, als der Planet KELT-11b um den Stern HD 93396 beobachtet wurde. Dieser Planet umkreist seinen Mutterstern in nur 4,7 Tagen. Mithilfe der Daten von CHEOPS konnte der Durchmesser des Planeten mit 181.600 ± 4300 km bestimmt werden. Diese Messung war 5-mal präziser als vorangehende bodengestützte Messungen.^[12] Daher konnte die wissenschaftliche Mission wie geplant starten. Zu ihren ersten Zielen gehört eine Auswahl von Sternen und deren bekannten Exoplaneten, unter anderem bei 55 Cancri und Gliese 436.^[12]

Im Oktober 2020 musste CHEOPS einem Trümmerteil eines chinesischen Satelliten ausweichen. Gemäß Angaben der Mission hätte das Trümmerteil ohne Ausweichmanöver CHEOPS bis zu 500 Meter nahe kommen können. Das Kollisionsrisiko wäre 1:10.000 gewesen. Während des Ausweichmanövers wurden die Instrumente von CHEOPS aus Sicherheitsgründen heruntergefahren.^[15]

2021

Im Jahre 2021 wurden weitere Exoplaneten im System von TOI-178 entdeckt. Dieser 200 Lichtjahre entfernte Stern wird von 6 Planeten umkreist, wovon 5 sich in einer harmonischen Resonanz befinden, obwohl sie eine sehr unterschiedliche Zusammensetzung haben^[16][17] Zuvor war man nach Entdeckung des System durch das Weltraumteleskop Tess von einem System mit 3 Planeten ausgegangen. Die detaillierten Untersuchungen mit CHEOPS und weiteren Teleskopen förderten jedoch weitere Planeten und Details zutage. Dabei fiel auch auf, dass die Dichte der Planeten sehr unterschiedlich ist was überraschend ist. Gemäß Studienautor Leleu fordert das System somit das Verständnis zur Entstehung und Entwicklung von Planetensystemen heraus.

Öffentlichkeitsarbeit

Zwischen März und Oktober 2015 veranstaltete die ESA einen Wettbewerb, bei dem Kinder Zeichnungen zum Thema Weltraum oder CHEOPS einreichen konnten. Von über 8000 Zeichnungen wurden 2748 ausgelost, die tausendfach verkleinert auf zwei Titanplatten an der Berner Fachhochschule in Burgdorf mittels Laser eingraviert wurden und mit CHEOPS ins All gestartet sind.^[18][19]

Weblinks

Commons: CHEOPS – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• CHEOPS-Projektwebsite der Universität Bern
• CHEOPS-Missionverlauf und Status der Universität Bern
• ESA: CHEOPS (CHaracterizing ExOPlanets Satellite) (englisch)
• Cheops nimmt Exoplaneten ins Visier. Astronews-Mitteilung vom Oktober 2012
• Podcast mit dem Project Manager von CHEOPS, Christopher Broeg (Januar 2022)

Einzelnachweise