Seit unzähligen Generationen haben die Menschen zu den Sternen geschaut und sich gefragt, ob es irgendwo da draußen Leben gibt, vielleicht auf Planeten, die unserem ähnlich sind. Aber erst in den letzten Jahrzehnten konnten wir die Existenz von extrasolare Planeten (auch bekannt als Exoplaneten) in anderen Sternensystemen. Tatsächlich konnten Astronomen zwischen 1988 und dem 20. April 2016 die Existenz von 2108 Planeten in 1350 verschiedenen Sternensystemen erklären, darunter 511 Mehrfachplanetensysteme.
Die meisten dieser Entdeckungen wurden nur innerhalb der letzten drei Jahre gemacht, dank der Verbesserung unserer Nachweismethoden und der Einrichtung des Weltraumobservatoriums Kepler im Jahr 2009. Mit Blick auf die Zukunft hoffen Astronomen, diese Methoden mit der Einführung des Sternenschatten , eine riesige Weltraumstruktur, die den Glanz von Sternen blockieren soll und so das Auffinden von Planeten – und vielleicht einer anderen Erde – erleichtert!
Während einige Planeten direkt mit Teleskopen beobachtet wurden (ein Verfahren, das als „Direct Imaging“ bekannt ist), wurde die überwiegende Mehrheit durch indirekte Methoden wie die Transit-Methode entdeckt. Diese Methode versucht, Planeten zu entdecken, die sich vor der Scheibe des Muttersterns kreuzen – während dieser Zeit wird die beobachtete Helligkeit vorübergehend abnehmen – und kann auch den Radius eines Planeten aufdecken und manchmal Informationen über seine Atmosphäre liefern (mit Hilfe von von Spektrometern).
Diese Methode bleibt das am weitesten verbreitete Nachweisverfahren und ist für mehr Exoplaneten-Entdeckungen verantwortlich als alle anderen Methoden zusammen. Aufgrund von Interferenzen durch andere Lichtquellen leidet es jedoch auch unter einer erheblichen Rate an falsch positiven Ergebnissen und erfordert im Allgemeinen, dass ein Teil der Umlaufbahn des Planeten eine Sichtlinie zwischen dem Wirtsstern und der Erde schneidet.
Um dies anzugehen, entwickelt die NASA einige Schlüsseltechnologien, die dazu beitragen werden, Lichtinterferenzen zu blockieren, damit zukünftige Astronomen Exoplaneten leichter erkennen können. Für Instrumente hier auf der Erde entwickeln sie Koronographen, einzelne Instrumente, die in Teleskope passen, um das Licht zu blockieren. Aber mit Blick auf den Weltraum entwickelt das Jet Propulsion Laboratory der NASA auch den Starshade.
Dieses Konzept erfordert ein riesiges, blumenförmiges Raumschiff, das mit einem der Weltraumteleskope der nächsten Generation der NASA gestartet würde. Einmal ausgefahren, flog es vor dem Teleskop herum, um das Licht entfernter Sterne zu verdunkeln. Auf diese Weise wird das Licht, das von Planeten in ihrer Umlaufbahn reflektiert wird, nachweisbar, was es viel einfacher macht, das Vorhandensein von Exoplaneten zu bestätigen.
Das Projekt wird von Prof. Jeremy Kasdin von der Princeton University in Verbindung mit dem JPL und mit Unterstützung von Northrop Grumman (der die Mission und das Systemdesign für Starshade leitet) geleitet. Wie Kasdin Universe Today per E-Mail erklärte:
„Der Sternenschatten funktioniert genau wie Ihr Daumen, wenn Sie versuchen, die Sonne zu blockieren; es verhindert, dass das Sternenlicht in das Teleskop eindringt, lässt aber das Licht des nahen Planeten ungehindert passieren. Da Planeten so viel dunkler sind als ihre Wirtssterne, beseitigt diese Technologie das Problem der Blendung durch den Stern, der das Licht des Planeten überflutet. Und da das Sternenlicht nie in das Teleskop eindringt, kann jedes herkömmliche Teleskop verwendet werden; Stabilität und Präzision des Teleskops müssen nicht besonders beachtet werden.“
Der Schirm, der ungefähr die Größe eines Baseballdiamanten hat, würde als Teil einer einzigen Mission eingesetzt. Wie das obige Video zeigt, würde der große Schirm am Ende eines Weltraumteleskops montiert – in diesem Fall der kommenden NASA Weitfeld-Infrarot-Vermessungsteleskop (WFIRST) – und dann ablöst und auf eine Distanz von mehreren tausend Kilometern davor absetzt.
Ein so großer Schatten, der in einer so großen Entfernung von seinem gepaarten Teleskop betrieben wird, ist für den Umgang mit fernen Sternen unerlässlich großer Sternenschirm (20 bis 50 Meter Durchmesser), der sehr weit vom Teleskop entfernt (bis zu 50.000 km) fliegt. Trotzdem glauben viele Astronomen, dass dies die beste Technologie ist, um in naher Zukunft einen erdähnlichen Planeten zu entdecken, was durch die Tatsache unterstützt wird, dass an das Teleskop nur wenige besondere Anforderungen gestellt werden.“
Gepaart mit anderen Instrumenten wie Spektrometern werden Geräte wie der Starshade es Astronomen nicht nur ermöglichen, Planeten leichter zu erkennen, sondern auch Informationen über ihre Atmosphären zu erhalten. Durch das Studium ihrer chemischen Zusammensetzung – d. h. durch die Suche nach Sauerstoff/Stickstoff, Wasserdampf usw. – könnten wir mit ziemlicher Sicherheit sagen, ob auf ihnen Leben existiert oder nicht.
Die Starshade-Technologie ist einer der Top-Kandidaten für eine Flaggschiff-Mission im nächsten Jahrzehnt und ein Top Astro2010 Priorität für die Technologieentwicklung. Neben der Arbeit mit WFIRST ist es möglich, dass es mit Missionen wie der Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) und der James Webb Weltraumteleskop .
„Wir hoffen, dass für die bevorstehende WFIRST-Mission ein Starshade empfohlen wird, der zur Erderkennung in der Lage ist“, fügte Kasdin hinzu, „was das erste Bild einer Erde im nächsten Jahrzehnt ermöglicht.“
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