Am Mittwoch, dem 18. April, um 6:51 EDT startete eine SpaceX Falcon 9-Rakete von Cape Canaveral in Florida. Es trug den TESS der NASA: den Transiting Exoplanet Survey Satellite. Soweit wir das beurteilen können, verlief die Mission reibungslos, wobei die erste Stufe auf ihrem schwimmenden Lastkahn im Atlantik zur Landung zurückkehrte und die zweite Stufe weiterführte, um TESS in ihre endgültige Umlaufbahn zu schicken.
Dies ist eine Wachablösung, da wir jetzt in die letzten Tage für das Kepler-Weltraumteleskop der NASA eintreten. Es geht ihm der Treibstoff aus und er ist bereits durch den Verlust seiner Reaktionsräder lahmgelegt. In nur wenigen Monaten wird die NASA es endgültig schließen.
Das ist traurig, aber keine Sorge, mit TESS geht die Exoplaneten-Forschungsreise weiter: auf der Suche nach erdgroßen Welten in der Milchstraße.
Kaum zu glauben, dass wir erst seit etwas mehr als 20 Jahren von Planeten wissen, die andere Sterne umkreisen. Der erste gefundene extrasolare Planet war der heiße Jupiter 51 Pegasi B, der 1995 von einem Team Schweizer Astronomen entdeckt wurde.
Sie fanden diese Welt mit der Radialgeschwindigkeitsmethode, bei der die Schwerkraft des Planeten seinen Stern hin und her zieht und die Wellenlänge des Lichts, das wir sehen, geringfügig ändert. Diese Technik wurde verfeinert und verwendet, um viele weitere Planeten zu entdecken, die viel mehr Sterne umkreisen.
Noch erfolgreicher war jedoch eine andere Technik: die Transittechnik. Hier wird das Licht des Sterns im Laufe der Zeit sorgfältig gemessen und auf Helligkeitsverluste geachtet, wenn ein Planet vor ihm vorbeizieht.
In einer Reihe von Veröffentlichungen weisen Professor Loeb und Michael Hippke darauf hin, dass konventionelle Raketen es schwer haben würden, bestimmten Arten von extrasolaren Planeten zu entkommen. Bildnachweis: NASA/Tim Pyle
Als ich diesen Artikel im April 2018 schreibe, gibt es 3.708 bestätigte Planeten mit mehreren Tausend weiteren Kandidaten, die einer zusätzlichen Bestätigung bedürfen.
Planeten sind überall, in allen Formen und Größen. Von den bekannten Gasriesen, Gesteinswelten und Eisriesen, die wir im Sonnensystem haben, bis hin zu den ungewöhnlich heißen Jupitern und Supererden. Astronomen haben sogar Kometen in anderen Sonnensystemen gefunden, Planeten wie Saturn, aber mit Ringsystemen, die unseren Nachbarplaneten in den Schatten stellen. Es wird sogar nach Exomon gesucht. Monde, die Planeten umkreisen, die andere Sterne umkreisen.
Das Kepler-Weltraumteleskop der NASA war das produktivste Instrument zur Planetenjagd, das je gebaut wurde. Von diesen 3.708 bisher entdeckten Planeten hat Kepler 2.342 Welten entdeckt.
Künstlerisches Konzept der Kepler-Mission mit der Erde im Hintergrund. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech
Kepler wurde bereits im März 2009 gestartet und am 12. Mai 2009 in Betrieb genommen. Es nutzte seinen 1,4 Meter großen Hauptspiegel, um einen 12-Grad-Bereich des Himmels zu beobachten. Nur zum Vergleich nimmt der Mond etwa ein halbes Grad ein. Also eine Region, die das Hundertfache der Größe des Mondes enthält.
Kepler wurde mit einer Periode von 372,5 Tagen in eine erdfolgende Umlaufbahn um die Sonne gebracht. Bei einem längeren Jahr driftet das Teleskop langsam um etwa 25 Millionen km pro Jahr hinter die Erde.
Wie ich bereits erwähnt habe, wurde Kepler entwickelt, um die Transittechnik zu verwenden und nach Planeten zu suchen, die in dieser ganz bestimmten Region des Himmels vor ihren Sternen vorbeiziehen. Während frühere Exoplaneten-Durchmusterungen nur die massereicheren Planeten gefunden hatten, war Kepler empfindlich genug, um Welten mit der halben Masse der Erde zu sehen, die andere Sterne umkreisen.
Die Anzahl der bestätigten Exoplaneten nach Jahr. Bildnachweis: NASA
Und alles lief gut, bis am 14. Juli 2012 eines der vier Reaktionsräder der Raumsonde ausfiel. Dies sind Gyroskope, die es dem Raumfahrzeug ermöglichen, seine Ausrichtung ohne Treibstoff zu ändern. Kein Problem, Kepler wurde so konzipiert, dass nur drei benötigt werden. Dann fiel am 11. Mai 2013 ein zweites Rad aus und beendete damit seine Hauptaufgabe.
Was die Kepler-Ingenieure erfunden haben, ist eine der genialsten Raumschiffrettungen in der Geschichte der Raumfahrt. Sie erkannten, dass sie den leichten Druck der Sonne nutzen konnten, um das Teleskop perfekt zu stabilisieren und auf eine Himmelsregion ausgerichtet zu halten.
Wie die K2-Mission Kepler rettete. Bildnachweis: NASA
Dadurch konnte Kepler weiterarbeiten und noch größere Teile des Himmels beobachten, aber seine Bahn um die Sonne würde es ihm nur ermöglichen, eine Region für einen kürzeren Zeitraum zu beobachten. Anstatt sonnenähnliche Sterne zu scannen, konzentrierte Kepler seine Aufmerksamkeit auf rote Zwergsterne, die alle paar Tage von erdgroßen Welten umkreist werden können.
Dies war als die K2-Ära bekannt, und während dieser Zeit tauchten weitere 307 bestätigte und 480 unbestätigte Planeten auf.
Aber Kepler läuft jetzt die Zeit davon . Vor etwa einem Monat gab die NASA bekannt, dass Kepler fast keinen Treibstoff mehr hat. Dieser Treibstoff ist wichtig, denn ein wichtiges Manöver, das es machen muss, besteht darin, sich selbst auf die Erde zu zeigen und alle Daten hochzuladen, die es gesammelt hat. Die NASA rechnet damit, dass es jetzt nur noch ein paar Monate dauert, und wenn es passiert, werden sie das Teleskop anweisen, ein letztes Mal auf die Erde zu richten, seine endgültigen Daten zu übertragen und dann für immer herunterzufahren.
Und heute ist TESS erfolgreich abgehauen und hat sich auf den Weg gemacht, dort zu übernehmen, wo Kepler aufgehört hat.
Es trägt den Transiting Exoplanet Survey Satellite der NASA , oder TESS, die Fortsetzung von Kepler, die die Suche nach Exoplaneten auf die nächste Stufe hebt.
Die TESS-Mission gibt es in irgendeiner Form seit 2006, als sie ursprünglich als privat finanzierte Mission von Google, der Kavli Foundation und dem MIT konzipiert wurde.
Im Laufe der Jahre wurde es der NASA vorgeschlagen und 2013 als eine der Explorer-Missionen der NASA akzeptiert. Dies sind Missionen mit einem Budget von 200 Millionen US-Dollar oder weniger. WISE und WMAP sind weitere Beispiele für Explorer-Missionen.
Aber es gibt eine Reihe von Unterschieden zwischen Kepler und TESS.
Erinnern Sie sich, als ich sagte, Kepler beobachte eine 12 x 12-Grad-Region des Himmels? TESS wird den gesamten Himmel vermessen , eine Fläche, die 400-mal größer ist als die von Kepler beobachtete.
Es hat eine Reihe von 4 separate identische Teleskope mit CCD-Kameras , die jeweils 16,8 Megapixel haben. Sie sind so angeordnet, dass TESS einen quadratischen 24-Grad-Blick auf den Himmel erhält. TESS wird den Himmel in 26 verschiedene Sektoren aufteilen und studieren Sie die Region mindestens 27 Tage lang, wobei Sie alle zwei Minuten von einem hellen Stern zu einem hellen Stern wechseln.
Künstlerische Illustration von TESS und seinen 4 Teleskopen. Bildnachweis: NASA/MIT
Während Kepler tief in eine bestimmte Himmelsregion eintauchte, TESS wird die 500.000 hellsten Sterne am Himmel beobachten , die 30- bis 100-mal heller sind als die Sterne, die Kepler betrachtete. Viele davon werden Sterne wie unsere eigene Sonne sein.
Es wird in der Lage sein, im Laufe von zwei Jahren den gesamten Himmel zu vermessen, eine Fläche, die 400-mal größer ist, als Kepler beobachtet hat. Und Astronomen erwarten, dass die Mission Tausende von extrasolaren Planeten zum Vorschein bringen wird, von denen 500 erdgroß oder supererdgroß sein werden.
Abbildung des TESS-Sichtfelds. Bildnachweis: NASA/MIT
Durch diese weite Vermessung des Himmels mit hellen Sternen wird TESS die nahegelegenen extrasolaren Planeten finden. Wenn aus unserer Perspektive Planeten vor einem hellen Stern vorbeiziehen, wird TESS ihn finden. Es wird die erstellen endgültiger Katalog von nahen Planeten.
Da diese Welten am Himmel viel heller sind, wird es für die boden- und weltraumgestützten Observatorien der Welt einfacher sein, Folgebeobachtungen durchzuführen. Astronomen werden in der Lage sein, die Größe, Masse, Dichte und sogar die Atmosphären extrasolarer Welten zu messen. Warten Sie einfach, bis James Webb seine Detektoren auf einigen dieser Welten bekommt.
Zusätzlich zu ihrer Hauptaufgabe, Planeten zu finden, hat die NASA Gastforscher eingeladen, die Raumsonde für andere wissenschaftliche Forschungen zu nutzen, wie zum Beispiel das Auffinden von Quasaren, die Verfolgung der Sternrotation und die Beobachtung der Variationen von Zwergsternen. Alles, was eine Helligkeitsänderung hat, ist ein großartiges Ziel für TESS.
Ein interessantes Merkmal der Die TESS-Mission wird seine Umlaufbahn sein , auf einem Weg, den noch keine andere Mission beschritten hat. Sie wird als „P/2-Mondresonanz“-Umlaufbahn bezeichnet und nimmt die Raumsonde auf einer elliptischen Bahn, die halb so lange braucht wie der Mond, um die Erde zu umkreisen – 13,7 Tage.
Simulation der TESS-Umlaufbahn. Bildnachweis: NASA/MIT
An seinem erdnächsten Punkt befindet er sich in einer Höhe von 35.785 km über der Oberfläche und benötigt drei Stunden, um alle seine Daten an Bodenstationen zu übertragen. Dann fliegt er zum höchsten Punkt, auf einer Höhe von 373.300 km, aus den Gefahren der Van-Allen-Gürtel.
Wenn die TESS-Mission abgeschlossen ist, werden wir viel über die extrasolaren Planeten in unserer nahen Umgebung wissen. Nun, viel über die Planeten, die aus unserer Sicht perfekt mit ihren Sternen ausgerichtet sind. Und leider sind dies nur ein paar Prozent der Sternensysteme da draußen.
Wir werden andere Techniken brauchen, um den Rest zu finden, die wir sicher in zukünftigen Artikeln behandeln werden.
Hinweis: Dies ist das Transkript eines Videos, das wir gepostet haben. Beobachten Sie es hier.
