Schweizer Präzision für die Suche nach Leben im All

Fotomontage von Cheops in seinem späteren Element, der Kälte des Weltalls inmitten der Pracht des Himmels. ESA

Ein kleines Teleskop weckt grosse Hoffnungen. Ende 2018 wird Europa den Schweizer "Cheops" ins All schiessen. Mit diesem Teleskop sollen Planeten genauer untersucht werden können, die einige Parallaxensekunden von der Erde entfernt sind und auf denen Leben existieren könnte.

“Unsere Mission ist in ihrem Ansatz sehr schweizerisch”, sagt Willy Benz, Physiker an der Universität Bern. “Andere Teleskope beobachten tausende Sterne, um neue Planeten zu entdecken. Cheops nimmt einen Stern aufs Mal unter die Lupe und kann bei den interessantesten der bereits entdeckten Planeten gewisse Parameter mit hoher Präzision messen”, erklärt der Forschungsleiter von CheopsExterner Link. Das Ziel dieser Mission ist in seinem Namen (auf Englisch) festgeschrieben: “Satellit zur Charakterisierung von Exoplaneten”.

Zum Verständnis: Exoplaneten sind Planeten, die um Sterne kreisen, die unserer Sonne ähnlich sind. Auch wenn man schon immer vermutete, dass solche Planeten existieren, wurde der erste von ihnen erst 1995 entdeckt, durch die Schweizer Michel Mayor und Didier Quéloz.

Ein Lichtjahr ist die Distanz, die das Licht (mit 300’000 km/Sekunde) während eines Jahres zurücklegt. Gerundet sind dies 10’000 Milliarden oder eine Billion Kilometer.

Bei kürzeren Distanzen spricht man von der Astronomischen Einheit (AE), die der Distanz Erde-Sonne entspricht (150 Mio. km).

Grössere Distanzen werden in Parallaxensekunden angegeben, einer älteren Masseinheit, die etwa 3,2 Lichtjahren entspricht.

Seither wurden über 3600 solcher Planeten entdeckt und katalogisiert – und das ist erst der Anfang. Das Ziel dieser grossen Suche ist, eines Tages anderswo im Universum Spuren des Lebens zu finden.

Die Krux: Die 100 bis 400 Milliarden Sterne, welche die Milchstrasse – unsere Galaxie – formen, sind sehr, wirklich sehr weit voneinander entfernt. Proxima Centauri, der Stern, welcher der Sonne am nächsten ist, befindet sich 42’000 Milliarden Kilometer (4,2 Lichtjahre) von uns entfernt, Sirius, Vega, Rigel, Deneb, Altair und die anderen Juwelen des Nachthimmels Dutzende, hunderte oder sogar tausende Lichtjahre.

Wie kann man Planeten auf solche Distanzen sehen, wenn sogar unsere grössten Teleskope deren Sterne nur als einfache Lichtpunkte zeigen? Dank zwei Methoden schafft man das heute ziemlich gut: Radialgeschwindigkeit und Transits. Im folgenden Film werden die beiden Methoden genauer erklärt.

Nicht einfach ein weiteres Teleskop

Die Messung der Radialgeschwindigkeit wird vom Boden gemessen, indem ein Teleskop mit einem Spektrometer verbunden wird – eine grosse Maschine, welche die Variationen im Licht der Sterne analysiert. Die beiden genauesten Spektrometer heissen “Harps” und stammen aus der Schweiz. Das eine sucht von Chile aus den Himmel der südlichen Hemisphäre ab, das andere auf den Kanarischen Inseln den Himmel der nördlichen. Doch bald werden sie durch eine neue Maschine ausgestochen werden – auch diese aus der Schweiz: EspressoExterner Link wird eine zehnmal höhere Genauigkeit ermöglichen!

Transits allerdings lassen sich nur aus dem Weltall beobachten, von wo aus man die Sterne viel besser sieht. Seit 2006 haben das französische CNES (Centre national français d’études spatiales) und die Europäische Weltraumorganisation ESA das Weltall-Teleskop CorotExterner Link im All. 2009 folgte das amerikanische Pendant KeplerExterner Link. Die beiden Teleskope haben bereits über 3000 neue Planeten entdeckt. Im nächsten Sommer will die US-Raumfahrtbehörde NASA TessExterner Link starten, das den gesamten Himmel absuchen soll. Was soll nun der Beitrag von Cheops bei diesen ergiebigen Missionen sein?

Das Teleskop (Bildmitte), die wichtigste Einheit des Satelliten Cheops, wird gegenwärtig in einem Weissraum der Universität Bern getestet, damit kein noch so kleines Staubkorn die Messungen beeinträchtigen kann. swissinfo.ch

Willy Benz wiederholt: “Wir werden die ersten sein, die nichts entdecken werden. Corot war der Pionier, darauf folgte Kepler, ein wahres Monster, das fantastische Entdeckungen gemacht hat. Es lieferte uns die Statistik und zeigte die ausserordentliche Vielfalt zwischen den Planeten und den Planetensystemen. Was wir jetzt mit Cheops machen möchten, geht darüber hinaus: Planeten charakterisieren, herausfinden, woraus sie bestehen, welche Temperatur auf ihnen herrscht, ob es Wasser auf ihnen hat…”

CHEOPS – CHaracterising ExOPlanet Satellite

Gewicht: 280 kg, davon 60 kg für das Teleskop

Spiegeldurchmesser: 30 cm (Corot: 30 cm; Kepler: 1 m; Tess: 4×10 cm)

Orbit: Polar. In 700 km Entfernung zur Erde wird Cheops auf der Grenze von Tag und Nacht um die Pole herum kreisen, damit er mit dem Rücken zur Sonne immer die dunkle Seite des Himmels beobachten kann.

Start: Vorgesehen Ende 2018 ab Kourou, Französisch Guyana, mit einer Sojus-Rakete, die unter anderen einen italienischen Satelliten transportieren wird, der die Welt und spezifisch das Mittelmeer beobachten soll. Da solche Flüge in den Orbit nicht regelmässig erfolgen, müssen die Schweizer noch 18 Monate warten, bis ihr Projekt mitfliegen kann.

Preis: Etwa 100 Mio. Euro, davon 50 Mio. zu Lasten der ESA, 33 Mio. zu Lasten der Eidgenossenschaft, der Rest wird ungleich unter 10 weiteren Ländern aufgeteilt.

Das Knifflige an der Mission wird sein, die interessantesten Planeten auszuwählen, solche, die der Physiker “VIP, Very Important Planets” nennt. Natürlich habe man einige bereits im Visier, aber Tess, das sechs Monate vor Cheops ins All geschossen werden muss, wird weitere entdecken. Deshalb wird das Kontrollzentrum der Mission in Genf dem Teleskop jede Woche ein aktualisiertes Programm zur Sternenbeobachtung hochschicken.

“Im Gegensatz zu den anderen werden wir nur einen Stern aufs Mal unter die Lupe nehmen”, sagt Benz. “Und weil wir bereits wissen, wann ein Transit stattfindet, müssen wir nicht zu lange einen gewissen Stern im Fokus haben und können so die Reihenfolge der Beobachtungen optimieren.”

Ein Transit ist jene Phase, während der ein Planet vor seinem Stern vorbeizieht und letzterer etwas weniger hell erscheint. Die Datenanalyse dieser Transits wird am Boden erfolgen, auf Basis von Fotografien, die Cheops übermitteln wird: einzelne unscharfe, undeutliche Lichtflecken.

Historische Premiere

Das ist alles sehr raffiniert. Und es brachte Cheops den Titel der ersten “kleinen” ESA-Mission (unter 50 Millionen Euro), gegen die Konkurrenz von 25 anderen Projekten.

“Wir haben gewonnen, weil wir die Besten waren”, witzelt Benz. “Nein, im Ernst: Als die Anfrage zur Einrichtung des Projekts im Frühjahr 2012 kam, mit einer Eingabefrist von drei Monaten, konnten wir bereits eine Machbarkeitsstudie vorweisen, die Frucht von 18 Monaten Arbeit, finanziert durch das Staatssekretariat für Bildung, Forschung und Innovation. Wir waren also bereit.”

Die Schweiz wusste auch, dass diese Mission – auch wenn sie für die ESA als “klein” gilt – auch für sie allein zu wichtig war. Doch die Europäische Weltraumorganisation ist genau dafür da, um zusammen etwas zu erarbeiten, was man allein nicht zustande bringt. So sind beim Cheops-Konsortium schliesslich 11 Länder dabei.

Die Wahl einer Exoplaneten-Mission schien irgendwie auch logisch, erlebt doch dieser Bereich der Astrophysik seit zwei Jahrzehnten einen regelrechten Boom. “In Chile ist man daran, ein Teleskop mit 40 Metern Durchmesser zu bauen. Und wenn man die wissenschaftlichen Begründungen sieht, warum man eine Milliarde Euro in ein solches Gerät investieren soll, finden sich die Exoplaneten zuvorderst”, sagt Benz.

“Das Leben im Weltall ist eine der fundamentalsten Fragen der Wissenschaft, weshalb unsere Forschungsbereiche so viel Begeisterung auslösen können. Denn zum ersten Mal in der Menschheitsgeschichte verfügen wir über die nötige Technologie, um diese Frage zu beantworten”, so Benz, der auch Direktor des Nationalen Forschungsprogramms “PlanetS”Externer Link ist, mit dem die Forschung über Exoplaneten in der Schweiz unterstützt und entwickelt werden soll – da, wo sie geboren wurde.

Eine Kinderzeichnung, die mit Cheops mitreisen wird. cheops.unibe.ch

(Übertragen aus dem Französischen: Christian Raaflaub)