Kepler (Weltraumteleskop)

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Kepler (Weltraumteleskop)

NSSDC ID 2009-011A
Auftraggeber NASA
Aufbau
Trägerrakete Delta 7920-10L D-339
Startmasse 1039 kg
Verlauf der Mission
Startdatum 7. März 2009, 03:50 UTC
Startrampe Cape Canaveral LC-17B
Enddatum 15. August 2013
Künstlerdarstellung: Kepler im Weltraum
Dargestellt sind am rechten Bildrand die Erde und der Mond sowie links oben im Sternbild Schwan ein fiktiver, von einem Planeten umrundeter Stern.

Kepler ist ein Weltraumteleskop der NASA, das im März 2009 gestartet wurde, um nach extrasolaren Planeten (Exoplaneten) zu suchen. Benannt wurde das Projekt nach dem deutschen Astronomen Johannes Kepler, der als Erster die Gesetzmäßigkeiten der Planetenumlaufbahnen erkannte.

Mitte Mai 2013 erklärte die NASA, dass Kepler infolge zweier defekter Reaktionsräder nicht mehr mit der bisherigen Präzision ausgerichtet werden kann.[1][2] Am 15. August 2013 wurde die Hauptmission eingestellt, es wird nun nach neuen Verwendungen des Teleskops gesucht.[3]

Die geplante Mission[Bearbeiten]

Eine Veranschaulichung des Bereichs unserer Milchstraße, der beobachtet wurde

Das Teleskop beobachtete einen festen Ausschnitt des Sternenhimmels mit ca. 190.000 Sternen im Sternbild Schwan,[4][5][6] um extrasolare Planeten zu entdecken. Besondere Zielsetzung des Projekts war, vergleichsweise kleine Planeten (wie unsere Erde oder kleiner) und damit auch potenziell bewohnbare („habitable“) extrasolare Planeten zu entdecken. Gleichzeitig lieferte es Basisdaten zu veränderlichen Sternen, um daraus Rückschlüsse über die im Inneren ablaufenden Prozesse ziehen zu können. Die Mission von Kepler war zuerst für dreieinhalb Jahre vorgesehen. Im November 2012 sollte sie ursprünglich um bis zu vier Jahre verlängert werden.[7]

Umlaufbahn[Bearbeiten]

Keplers Umlaufbahn

Um die Beobachtungen möglichst ungestört durchführen zu können, wurde das Teleskop nicht in eine Umlaufbahn um die Erde gebracht. Kepler befindet sich stattdessen in einem Sonnenorbit, dessen Umlaufzeit (372,5 Tage) und Exzentrizität etwas von dem der Erde abweichen. Die Sonde läuft dabei der Erde hinterher und entfernt sich im Laufe der Jahre immer weiter von dieser. So war es möglich, die Beobachtungsregion ohne periodische Verdeckung durch die Erde und mit minimalen Störeinflüssen zu überwachen.

Technische Beschreibung[Bearbeiten]

Mit einem Fotometer maß das 1039 Kilogramm schwere und knapp fünf Meter hohe Teleskop die Helligkeit von Sternen, um Helligkeitsschwankungen festzustellen, die auf den Durchgang eines Planeten zwischen dem Stern und dem Weltraumteleskop hinweisen.

Die Optik des Kepler-Fotometers ist als Schmidt-Teleskop ausgeführt. Der Durchmesser der Schmidt-Platte beträgt 0,95 m und der des Hauptspiegels 1,4 m. Im Fokus befindet sich eine Anordnung aus 42 CCD-Sensoren, die ein Feld von 105 Quadratgrad, das entspricht in etwa einer Handfläche bei ausgestrecktem Arm, überwachen konnten.[8] Jeder CCD-Sensor hat eine Größe von 50 mm × 25 mm bei einer Auflösung von 2200 × 1024 Pixeln, so dass die Kamera insgesamt über 95 Megapixel verfügt. Zur Erhöhung der fotometrischen Genauigkeit wurde die Optik leicht defokussiert, zusätzlich ist ein Bandpass für Wellenlängen von 430–890 nm eingebaut.

Die Übertragung der Daten zur Bodenstation erfolgt im Ka-Band mit bis zu 4,33125 Mbps. Zur Steuerung des Satelliten wird noch das X-Band mit 7,8125 bps bis 2 kbps für den Uplink und 10 bps bis 16 kbps für den Downlink verwendet.

Suche nach erdähnlichen Planeten[Bearbeiten]

Darstellung der Transitwahrscheinlichkeit
(= Sternradius/Planetenbahnradius)
Zündung der Triebwerke von Keplers Delta-II-10L-Rakete

Bei einem Durchgang eines extrasolaren Planeten in Erdgröße wurde am Weltraumteleskop eine Abdunkelung in der Größenordnung von 0,1 ‰ erwartet (für Erde und Sonne 0,084 ‰). Das erfolgt bei zentralem Durchgang vor dem Bild des Sternes für einen Zeitraum von rund einem halben Tag (für Erde und Sonne 13 Stunden). Ist der Durchgang nicht zentral, dann ist die Zeit der Abdunkelung kürzer. Wenn sich die gleiche Helligkeitsänderung bei diesem Stern noch zweimal wiederholte und dabei die beiden Intervalle gleich waren sowie sonstige Ursachen für das Signal (wie Doppelsterne) ausgeschlossen werden konnten, wurde ein Planet auf einer festen Umlaufbahn als Ursache angenommen und galt als entdeckt. Aus der so ermittelten Umlaufzeit und der Helligkeitsänderung lassen sich nach den Keplerschen Gesetzen die Umlaufbahn und Größe des Planeten ermitteln. Durch die entsprechend ermittelte Entfernung des entdeckten Exoplaneten zu seiner Sonne und durch die Leuchtkraft dieser Sonne (ermittelt nach Leuchtkraftklasse und Spektralklasse) kann die Temperatur auf dem Planeten und damit seine mögliche Bewohnbarkeit annähernd berechnet werden. Aufgrund der unterschiedlichen Bahnneigungen der Planeten gegen unsere Sichtlinie tritt allerdings nur bei einem Bruchteil erdähnlicher Planeten eine aus unserer Richtung beobachtbare Bedeckung auf. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein solcher Transit von der Erde aus beobachtbar ist, ergibt sich einfach als Quotient von Stern- und Planetenbahnradius, im Falle von Erde und Sonne also 0,465 %.[9]

Verlauf[Bearbeiten]

Der Start des 600 Mio. US-Dollar teuren Teleskops erfolgte am 7. März 2009 um 3:49:57 UTC als Nutzlast einer Delta-II-7925-10L-Trägerrakete vom Startkomplex 17B der Cape Canaveral AFS.[10] Es war der 339. Start einer Delta-Rakete. Nach umfangreichen Tests und Kalibrierung der Sensoren nahm das Teleskop zwei Monate später seine Arbeit auf.[7]

Im Januar 2010 wurden die ersten fünf von Kepler entdeckten Planeten bekanntgegeben (Kepler-4b bis 8b, s. a. Kepler-6, Kepler-7). Kepler 1b bis 3b waren bereits vor dem Start der Sonde mit terrestrischen Beobachtungsmethoden entdeckt worden. Bei allen handelt es sich um Planeten, die ihre Sterne in Entfernungen von weniger als 0,1 astronomischen Einheiten umkreisen und die eine deutlich höhere Oberflächentemperatur aufweisen als jeder Planet unseres Sonnensystems. Im Juni 2010 wurden die Daten von 306 der 706 bis dahin identifizierten Exoplanetenkandidaten veröffentlicht.[11] Die Entdeckung von Transiten kühlerer, potentiell erdähnlicherer Planeten nimmt wegen ihrer längeren Umlaufperiode eine längere Beobachtungsphase in Anspruch und wurde erst für eine spätere Phase der Kepler-Mission erwartet.

Im Januar 2011 wurde bekanntgegeben, dass Kepler den bis dahin kleinsten bekannten Gesteinsplaneten außerhalb unseres Sonnensystems entdeckt hat: Kepler-10b. Er wurde durch Beobachtungen von Mai 2009 bis Januar 2010 aufgespürt. Kepler-10b besitzt die 4,6-fache Masse und 1,4-fache Größe der Erde und umrundet seinen Zentralstern alle 0,84 Tage. Er ist diesem etwa 20-mal näher als Merkur der Sonne.[12] Später wurde mit Kepler-37b der kleinste bekannte Gesteinsplanet entdeckt, noch kleiner als Merkur und nur etwas größer als der Erdmond.

Am 2. Februar 2011 wurde von der NASA bekanntgegeben, dass 1235 Planetenkandidaten seit Missionsbeginn ermittelt wurden. Davon sind fünf annähernd so groß wie die Erde und in der habitablen Zone. Insgesamt wurden 54 in der habitablen Zone und 68 annähernd erdgroße Planetenkandidaten entdeckt. Als weitere Planetenkandidaten wurden 288 Supererden, 662 in der Größe Neptuns, 165 in der Größe Jupiters und 19 größer als Jupiter ermittelt.[13][14]

Am 5. Dezember 2011 bestätigte die NASA den ersten Planeten innerhalb der habitablen Zone eines sonnenähnlichen Sterns.[15] Kepler-22b ist der erste der 54 am 2. Februar veröffentlichten Kandidaten innerhalb der habitablen Zone, welcher offiziell bestätigt werden konnte. Hierzu muss Kepler mindestens 3 Durchgänge vor seinem Heimatstern beobachtet haben. Des Weiteren gab die NASA bekannt, dass sich die Zahl der Planetenkandidaten auf 2326 erhöhte, wovon 207 ungefähr so groß wie die Erde sind. Ferner wurden bis dato 680 „Supererden“, 1181 neptunähnliche, 203 jupiterähnliche und 55 Planeten, die größer als Jupiter sind, beobachtet.

Im Juli 2012 fiel das einzige redundante der vier Reaktionsräder, die die Lage des Teleskops im Raum steuern und stabilisieren, aus.[16] Anfang Januar 2013 zeigten sich erhöhte Reibwerte an einem weiteren Reaktionsrad, dessen Ausfall nicht mehr verkraftbar gewesen wäre. Daraufhin wurde Kepler am 17. Januar 2013 für eine geplante Dauer von zehn Tagen in einen Sicherheitsmodus („wheel rest safe mode“) versetzt, in der Hoffnung, das Schmiermittel werde sich in den stillstehenden Lagern durch Diffusion wieder verteilen. Die Wiederinbetriebnahme fand wie geplant und ohne Probleme zwischen dem 27. und dem 29. Januar 2013 statt.[17]

Am 16. Mai 2013 wurden Probleme mit einem weiteren Reaktionsrad vermeldet. Voraussichtlich muss Kepler in einen schlechter stabilisierten Modus übergehen, kann aber weiterhin Daten sammeln.[2]

Am 15. August 2013 erklärte die NASA in einer Presseerklärung die endgültige Einstellung der ursprünglichen Kepler-Mission. Jedoch wurde eine Studie in Auftrag gegeben, welche den wissenschaftlichen Betrieb mit den zwei verbleibenden Reaktionsrädern in Kombination mit den Höhenregelungsdüsen untersuchen soll.[3]

Am 25. November 2013 gibt 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. Zur Zeit wird diese Methode getestet.[18]

Am 26. Februar 2014 gab die NASA bekannt, dass es Forscher aufgrund verbesserter Analysemethoden gelang, aus den alten Daten 715 neue Planeten zu finden. Einige davon sollen sich sogar in der sogenannten "bewohnbaren Zone" befinden. [19]

Am 17. April 2014 gab die NASA die Entdeckung des erdähnlichen Planeten Kepler-186f bekannt, der in der habitablen Zone seines Zentralgestirns liegt.

Liste wichtiger Entdeckungen[Bearbeiten]

System Planet Veröffentlichung Bemerkung
Kepler-4 Kepler-4b 2010 erste Entdeckungen der Keplermission
Kepler-6 Kepler-6b 2010 erste Entdeckungen der Keplermission
Kepler-7 Kepler-7b 2010 Planet mit ungewöhnlich geringer Dichte
Kepler-10 Kepler-10b 2011 damals kleinster Gesteins(exo)planet
Kepler-11 Kepler-11b - g 2010 Stern mit mindestens 6 Exoplaneten; dreifacher Transit im August 2010
Kepler-16 Kepler-16b 2011 erster beobachteter Transit in einem Doppelsternsystem
Kepler-22 Kepler-22b 2011 erster Planet innerhalb der habitablen Zone
Kepler-37 Kepler-37b 2011 kleinster bekannter Exoplanet, etwa so groß wie der Erdmond
Kepler-62 Kepler-62e, f 2011 zwei erdähnliche Planeten in der habitablen Zone
Kepler-69 Kepler-69b, c 2011 ein erdähnlicher Planet in der habitablen Zone
Kepler-90 Kepler-90b - h 2013 Stern mit den meisten detektierten Exoplaneten

(noch nicht durch andere Beobachtungen bestätigt)

Kepler-186 Kepler-186f 2014 ein erdähnlicher Planet, der in der habitablen Zone seines Zentralgestirns liegt

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Kepler-Mission – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. www.faz.net vom 16. Mai 2013
  2. a b Kepler Mission Manager Update. Abgerufen am 16. Mai 2013 (englisch).
  3. a b http://kepler.nasa.gov/news/nasakeplernews/index.cfm?FuseAction=ShowNews&NewsID=292
  4. The Kepler Field Of View. NASA, abgerufen am 16. Februar 2013 (englisch).
  5. Tausend neue Welten? (PDF) Sterne und Weltraum 5/2012, S. 24–25
  6. Detection of Transiting Planet Candidates in Kepler Mission Data (PDF; 1,2 MB)
  7. a b NASA's Kepler Completes Prime Mission, Begins Extended Mission. NASA, 14. November 2012, abgerufen am 16. Februar 2013 (englisch).
  8. NASA – Kepler Overview (englisch)
  9. NASA - Characteristics of Transits
  10. NASA – Kepler Launch (englisch)
  11. Borucki et. al., Characteristics of Kepler Planetary Candidates based on the first Data Set: The Majority are found to be Neptune-size and smaller
  12. Stefan Deiters: Erster Gesteinsplanet entdeckt. astronews.com, 11. Januar 2011, abgerufen am 16. Februar 2013.
  13. NASA Finds Earth-size Planet Candidates in Habitable Zone, Six Planet System nasa.gov, 2. Februar 2011
  14. Kepler Planet Hunter Finds 1,200 Possibilities New York Times, 2. Februar 2011 (abgerufen am 3. Februar 2011)
  15. NASA's Kepler Mission Confirms Its First Planet in Habitable Zone of Sun-like Star. NASA, 5. Dezember 2011, abgerufen am 6. Dezember 2011 (englisch).
  16. Kepler Mission Manager Update. NASA, 17. Januar 2013, abgerufen am 29. Januar 2013 (englisch).
  17. Kepler Mission Manager Update: Kepler Returns to Science Mode. NASA, 29. Januar 2013, abgerufen am 30. Januar 2013 (englisch).
  18. A Sunny Outlook for NASA Kepler's Second Light. NASA, 25. November 2013, abgerufen am 27. November 2013 (englisch).
  19. NASA's Kepler Mission Announces a Planet Bonanza, 715 New Worlds NASA, 26. Februar 2014 (abgerufen am 27. Februar 2014)