Kepler (Weltraumteleskop)

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 zu suchen. Benannt ist das Projekt nach dem deutschen Astronomen Johannes Kepler, der als erster die Gesetzmäßigkeiten der Planetenumlaufbahnen erkannte.

Kepler bei den Startvorbereitungen

Wissenschaftliche Aufgabe

Das Teleskop beobachtet einen festen Ausschnitt des Sternenhimmels mit ca. 100.000 Sternen im Sternbild Schwan,^[1] um extrasolare Planeten zu entdecken. Besondere Zielsetzung des Projekts ist, vergleichsweise kleine Planeten (wie unsere Erde oder kleiner) und damit auch potenziell bewohnbare („habitable“) extrasolare Planeten zu entdecken. Gleichzeitig liefert es Basisdaten zu anderen veränderlichen Sternen, um daraus Rückschlüsse über die im Inneren ablaufenden Prozesse ziehen zu können. Die Mission von Kepler soll mehrere Jahre dauern.

Umlaufbahn

Keplers Umlaufbahn

Um die Beobachtungen möglichst ungestört durchführen zu können, wurde das Teleskop nicht in eine Umlaufbahn um die Erde gebracht, sondern in einen Sonnenorbit, dessen Umlaufzeit und Exzentrizität etwas von der Erdbahn abweicht. Die Sonde läuft damit der Erde hinterher und entfernt sich im Laufe der Jahre. Kepler kann so die Beobachtungsregion ohne periodische Verdeckung durch die Erde überwachen.

Technische Beschreibung

Mit einem Fotometer misst 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 können.^[2] Jeder CCD-Sensor hat eine Größe von 50 mm × 25 mm, was 2200 × 1024 Pixeln entspricht, so dass die Kamera insgesamt über 95 Megapixel verfügt. Zur Erhöhung der fotometrischen Genauigkeit wird die Optik leicht defokussiert, zusätzlich ist ein Bandpass für Wellenlängen von 430–890 nm verbaut.

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

Darstellung der Transitwahrscheinlichkeit
(=Sternradius/Planetenbahnradius)

Zündung der Triebwerke von Keplers Delta-II-10L-Rakete

Bei einem Durchgang eines extrasolaren Planeten in Erdgröße wird am Weltraumteleskop eine Abdunkelung in der Größenordnung von einem zehntel Promille 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 wiederholt und dabei die beiden Intervalle gleich sind, wird ein Planet auf einer festen Umlaufbahn als Ursache angenommen und gilt als entdeckt. Aus der so ermittelten Umlaufzeit und der Helligkeitsänderung lassen sich nach den Keplerschen Gesetzen die Umlaufbahn und Größe des erdähnlichen Planeten ermitteln. Durch die entsprechend ermittelte Entfernung des entdeckten Exoplaneten zu seiner Sonne und durch die Temperatur 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 %.^[3]

Verlauf

Der Start des 600 Mio. US-Dollar teuren Teleskops erfolgte am 7. März 2009 um 03:49:57 UTC als Nutzlast einer Delta-II-7925-10L-Trägerrakete vom Startkomplex 17B der Cape Canaveral AFS.^[4] Es war der 339. Start einer Delta-Rakete. Nach umfangreichen Tests und Kalibrierung der Sensoren nahm das Teleskop zwei Monate später seine Arbeit auf.^[5]

Im Januar 2010 wurden die ersten fünf von Kepler entdeckten Planeten bekanntgegeben (Kepler 4 bis 8; s.a. Kepler-6, Kepler-7; Kepler 1 bis 3 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.^[6] Die Entdeckung von Transits kühlerer, potentiell erdähnlicherer Planeten nimmt wegen ihrer längeren Umlaufperiode eine längere Beobachtungsphase in Anspruch und wird erst für eine spätere Phase der Kepler-Mission erwartet.

Im Januar 2011 wurde bekanntgegeben, dass Kepler den bislang kleinsten Gesteinsplaneten 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.^[7]

Am 2. Februar 2011 wurde von der NASA bekanntgegeben, dass 1235 Planetenkandidaten seit Missionsbeginn ermittelt wurden. Davon sind 5 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.^[8][9]

Siehe auch

• COROT (Weltraumteleskop)
• Space Interferometry Mission

Weblinks

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

• Offizielle NASA-Seite der Kepler-Mission (englisch)
• NASA – aktuelle Missionen – Kepler-Mission (englisch)

Einzelnachweise

1. ↑ NASA: Kepler FOV map (PDF)
2. ↑ NASA – Kepler Overview (englisch)
3. ↑ NASA - Characteristics of Transits
4. ↑ NASA – Kepler Launch (englisch)
5. ↑ wissenschaft-aktuell: Kepler: Die Suche nach Planeten beginnt
6. ↑ Borucki et. al., Characteristics of Kepler Planetary Candidates based on the first Data Set: The Majority are found to be Neptune-size and smaller
7. ↑ http://astronews.com/news/artikel/2011/01/1101-008.shtml
8. ↑ NASA Finds Earth-size Planet Candidates in Habitable Zone, Six Planet System nasa.gov, 2. Februar 2011
9. ↑ Kepler Planet Hunter Finds 1,200 Possibilities New York Times, 2. Februar 2011 (abgerufen am 3. Februar 2011)