Dieser Schweizer Satellit hilft bei Suche nach ausserirdischem Leben

Mit Cheops startet im Dezember die erste grosse Weltraummission unter Schweizer Leitung. Jetzt nehmen die Verantwortlichen Stellung.

Willy Benz: «Die Nervosität steigt.» (Video: SDA)

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Gibt es da draussen im Universum Leben? Gigantische Tele­skope werden gebaut, um einer Antwort auf diese Frage näherzukommen, etwa das Extre­mely Large Telescope (ELT) der europäischen Südsternwarte mit seinem 39 Meter grossen Hauptspiegel und das James-Webb-Weltraumteleskop, dessen «Auge» sich immerhin 6,5 Meter weit öffnet.

Im Vergleich zu diesen Giganten wirkt Cheops eher bescheiden. Der Hauptspiegel des massgeblich in der Schweiz ent­wickelten Satelliten hat einen Durchmesser von gerade mal 33 Zentimetern. Dennoch erfüllt Cheops eine wichtige Aufgabe: Der kleine Schweizer Satellit ­bereitet den grossen Teleskopen den Weg. Er zeigt den künftigen Nutzern des ELT und des James Webb die interessantesten Objekte, auf die sie den Blick ihrer Riesenaugen richten können – zumindest, wenn es um das ­Studium potenziell lebens­freund­licher Exoplaneten geht. Voraussichtlich wird Cheops am 17. Dezember an Bord einer ­Trägerrakete vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou, Französisch-Guayana, in den Weltraum starten.

«Wir dachten: Wenn die Schweiz in der Astronomie weiterhin ganz vorne dabei sein will, dann muss sie etwas Neues machen.»Willy Benz, Universität Bern

Die ersten Ideen zu Cheops entstanden 2008, als der Schweizerische Nationalfonds nach neuen Forschungsschwerpunkten suchte. Willy Benz von der Abteilung Weltraumforschung und Planetologie der Universität Bern und der frischgebackene Nobelpreisträger Didier Queloz planten daraufhin eine Mach­barkeitsstudie für einen kleinen Schweizer Satelliten. «Die Schweiz hatte die Instrumente gebaut, mit denen Michel Mayor und Didier Queloz 1995 mit einem erdgebundenen Teleskop den ersten Exoplaneten entdeckt haben», sagt Benz. «Wir dachten: Wenn die Schweiz in der Astronomie weiterhin ganz vorne dabei sein will, dann muss sie etwas Neues machen.» Die Idee war, den Erdboden zu verlassen und einen Satelliten für die Charakterisierung von Exoplaneten zu entwickeln, den «Characterising Exoplanets Satellite», wie Cheops ausführlich heisst.

Machbarkeitsstudie für den Schweizer Planetenjäger

Den Forschungsschwerpunkt des Nationalfonds erhielten die ­Berner Astronomen zwar nicht. Aber immerhin konnten sie einige Partner – das Bundesamt für Bildung, Forschung und Innovation, das Luft- und Raumfahrtunternehmen Ruag sowie das Space Center an der ETH Lausanne – für ihr Anliegen gewinnen und auf diesem Weg 2010 die Machbarkeitsstudie durchführen. Das Resultat: Für die Schweiz allein wäre dieses Weltraumprojekt mit Kosten im Bereich von 100 Millionen Franken zu teuer. Die Idee eines Schweizer Planetenjägers schien gestorben.

Bald aber tauchte ein Hoffnungsschimmer auf. Wie Willy Benz berichtet, wurde damals im ­wissenschaftlichen Berater­gremium der Europäischen ­Weltraumorganisation (ESA), das er selber ­leitete, diskutiert, ob man auch kleinere Missionen fördern sollte. Zuvor finanzierte die ESA nur mittlere Missionen mit Summen im Bereich von 500 Millionen Euro sowie die ganz grossen, milliardenschweren L-Missionen, von denen im Schnitt nur eine pro Jahrzehnt realisiert wird. «Kleinere Missionen der S-Klasse würden es auch Ländern wie der Schweiz erlauben, Missionen federführend zu leiten», sagt Benz. Diesem Anliegen wurde grünes Licht gegeben. Im Frühjahr 2012 schrieb die ESA erstmals S-Klasse-Missionen aus, die mit 50 Millionen Euro unterstützt werden sollten.

«Da hat es bei uns klick gemacht», sagt Benz. «In Windeseile haben wir die Machbarkeitsstudie in einen Projektvorschlag umgeschrieben.» Um die Aussicht auf Erfolg zu erhöhen, musste Benz allerdings viele ­andere Länder überzeugen, am Cheops-Projekt mitzuwirken. Schliesslich hat die Schweiz nur eine Stimme im Programmkomitee der ESA. Das ist gelungen. Die Berner Astronomen konnten ein Konsortium aus elf Ländern schmieden. «Im Juni 2012 haben wir den Projektvorschlag ein­gereicht.» Der 290 Kilogramm schwere, 2,6 Meter hohe Cheops wurde als erste S-­Klasse-Mission der ESA aus 26 eingereichten Projekten ausgewählt.

Unterstützt von der Universität Genf, haben die Astronomen der Uni Bern das Teleskop anschliessend im Detail geplant. Von den 100 Millionen Franken steuerte die Schweiz 33 Millionen bei. Verschiedene Schweizer Industriepartner stellten die Struktur von Cheops her. Italien hat die Optik gebaut, Deutschland die Elektronik, Spanien die Antenne für die Daten, Ungarn die Radiatoren, weitere Länder das Bodensegment.

Enorm präziseHelligkeitsmessungen

«Die grosse Kunst bestand darin, ein optisches System zu ­entwickeln, das enorm präzise Helligkeitsmessungen erlaubt», sagt Benz. Nach diversen Tests wurde Cheops im Oktober per Luftfracht zum europäischen Weltraumbahnhof in Französisch-Guayana transportiert. Etwa zweieinhalb Stunden wird der Satellit benötigen, bis er nach dem Start seine Position in 700 Kilometer Höhe erreicht hat. Im Verlauf von zwei Monaten wird ein Gerät nach dem anderen hochgefahren und geprüft. «Ab Mitte März gibt es echte Wissenschaft», sagt Benz.

Von seiner Erdumlaufbahn aus soll Cheops die Helligkeit von Sternen messen und dabei nach sogenannten Transits Ausschau halten: Schiebt sich ein Planet auf seiner Umlaufbahn vor seinen Mutterstern, blockt er etwas Sternenlicht ab. Die Helligkeit des Sterns sinkt aus der Sicht des Satelliten vorübergehend minimal ab, bei einem Planeten von der Grösse der Erde typischerweise um ein Zehntausendstel. Diese winzigen Helligkeitsänderungen soll Cheops messen. «Von der Erde aus sind derart präzise Messungen gar nicht möglich, weil die Atmosphäre zu starke Schwankungen verursacht», sagt Benz.

Satellitenteile werden montiert. Foto: ESA

Registriert die Kamera von Cheops bei einem Transit eine Lichtabnahme, lässt sich daraus die Grösse des Planeten ableiten. Denn je grösser der Planet, desto mehr Sternenlicht deckt er ab. Aus diesem Grund werden die Astronomen Cheops auf einige Hundert Sterne ausrichten, bei denen Exoplaneten bereits nachgewiesen sind. Andere Beobachtungen liefern weitere Informationen: Kreist ein Planet um einen Stern, bringt er diesen leicht ins Schlingern, was Farbveränderungen im Sternenlicht hervorruft. Je stärker die Farbverschiebung, desto schwerer der Planet. Mit dieser sogenannten Doppler-Methode haben die ­Nobelpreisträger Michel Mayor und Didier Queloz 1995 den ersten Exoplaneten entdeckt.

Zielgrösse ist die mittlere Dichte des Planeten

Wenn dank Cheops die Grösse und mittels Doppler-Methode die Masse bekannt ist, lässt sich daraus die eigentliche Zielgrösse ableiten: die mittlere Dichte des Planeten. Die wiederum ­liefert Informationen über die Charakteristik: Handelt es sich um einen dichten Gesteinsplaneten wie die Erde oder den Mars, um einen Ozeanplaneten wie vermutlich den Exoplaneten GJ 1214 b oder um einen luftigen Gasplaneten wie Jupiter? Vor ­allem Gesteinsplaneten im passenden Abstand zum Mutterstern kommen für die Entwicklung von Leben infrage.

Durch die Charakterisierung von bereits bekannten Exoplaneten kann Cheops also jene ­Exemplare ausfindig machen, die sich für weitere Studien am besten eignen, etwa ab 2021 mit dem James-Webb-Weltraumteleskop, das als Nachfolger von Hubble gilt, und ab 2026 mit dem gigantischen ELT. Diese und andere künftigen Teleskope können die Atmosphäre von Exoplaneten studieren und dabei eventuell Lebensspuren identifizieren.

Events zum Start von Cheops:cheops.unibe.ch/launch

Erstellt: 05.12.2019, 09:33 Uhr

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