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Das aktuelle Stichwort: Exoplanetenteleskop Kepler startet

In der Nacht vom 6. auf den 7. März 2009 beförderte die NASA einen neuen Satelliten in eine Sonnenumlaufbahn. Von dort aus soll er nach extrasolaren Planeten suchen, aber auch die potenziellen Muttersterne selbst unter die Lupe nehmen.
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Die US-Raumfahrtbehörde taufte ihren jüngsten Satelliten nach dem berühmten deutschen Astronomen Johannes Kepler (1571-1630), der erstmals die Umlaufbahnen der Planeten richtig als Ellipsenbahnen um die Sonne beschrieb.

Das 600 Millionen Dollar teure Weltraumteleskop besteht aus einem einzigen Instrument: einem Fotometer, das bei Sternen in unserem Milchstraßensystem nach feinen Helligkeitsschwankungen Ausschau halten soll. Es enthält ein Schmidt-Teleskop mit einer Öffnung von 95 Zentimetern und arbeitet im sichtbaren Licht bei Wellenlängen von 400 bis 850 Nanometern. Als Detektor dient eine Anordnung von 42 CCD-Chips, die ein Himmelsareal von insgesamt 105 Quadratgrad erfassen. Das Gesichtsfeld besitzt einen Durchmesser von zwölf Grad, das entspricht dem 24-fachen Durchmesser des Vollmonds.

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Das Untersuchungsgebiet von Kepler | Das Weltraumteleskop Kepler soll rund 100 000 Sterne im Bereich des Sternbilds Schwan (lateinisch Cygnus) untersuchen. Die weißen Quadrate geben das Sichtfeld von Kepler an. Die Himmelsregion befindet sich zwischen den hellen Sternen Deneb im Schwan und Wega in der Leier (lateinisch Lyra).
Damit Kepler bei seiner Arbeit nicht vom Licht der Sonne oder von Erde und Mond gestört wird, soll er die Sonne gerade so umkreisen, dass er im Abstand von einigen Millionen Kilometern hinter der Erde läuft. Über die gesamte Missionsdauer von dreieinhalb Jahren blickt das Teleskop stets auf dieselbe Himmelsregion im Sternbild Schwan. Dabei erfasst es bis zu 100 000 Sternen gleichzeitig und misst kontinuierlich ihre individuellen Helligkeiten.

Feine Schwankungen im Sternlicht könnten auf einen extrasolaren Planeten hindeuten, dessen Orbit zufälligerweise so ausgerichtet ist, dass er von uns aus gesehen vor seiner Sonne vorbeizieht. Auf diese Weise wird die Helligkeit des Sterns periodisch für mehrere Stunden geringfügig abgeschwächt.

Passiert beispielsweise ein erdgroßer Exoplanet einen sonnenähnlichen Stern, so nimmt dessen Helligkeit für etwa zwei bis 16 Stunden nur um ein Zehntausendstel ab. Ein Planet von der Größe von Jupiter kann seinen Stern dagegen um bis zu zwei Prozent abdunkeln. Die Bedeckungsdauer hängt davon ab, wie weit der Planet von seinem Muttergestirn entfernt ist. Von den bislang bekannten Exoplaneten – nahezu 350 Stück an der Zahl – zählen rund 60 zu den Transitplaneten.

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Aufbau des Fotometers des Weltraumteleskops Kepler | Die Kepler-Mission der NASA verwendet ein Schmidt-Teleskop mit 95 Zentimeter Öffung. Das Licht fällt durch eine Korrekturlinse ein (transparentes gelbes Gebilde rechts), fällt auf den Hauptspiegel mit 1,4 Meter Durchmesser (cyan, links) und wird von diesem auf den Detektor in der Bildmitte reflektiert.
Um einen solchen Trabanten zweifelsfrei nachzuweisen, muss dieser sein Gestirn aber mindestens dreimal abdunkeln. Und so müssen die Forscher auch Geduld mitbringen. Sie hoffen im Verlauf der Mission bis zu 50 erdgroße Exoplaneten zu finden – bislang konnte ein solches Exemplar noch nicht nachgewiesen werden. Zudem sollten ihnen bis zu 200 Planeten mit dem 1,3-fachen und bis zu 600 Planeten mit dem 2,2-fachen Durchmesser der Erde ins Netz gehen. Daneben rechnen die Wissenschaftler auch mit mehreren hundert neu entdeckten Exoplaneten von Jupitergröße.

Bislang ist der kleinste derzeit bekannte Exoplanet COROT-Exo-7b, der etwa die 1,6-fache Erdgröße aufweist. Astronomen hatten ihn mit dem 2006 gestarteten europäischen Weltraumteleskop Corot aufgespürt. Dieses arbeitet nach demselben Prinzip wie Kepler, nur ist es mit einem 20-Zentimeter-Teleskop längst nicht so lichtempfindlich.

Der NASA-Satellit wird allerdings nicht nur der Suche nach Exoplaneten dienen, sondern erkundet auch die Sterne selbst. Viele Helligkeitsschwankungen von Sternen gehen nämlich auf Vorgänge in ihrem Inneren zurück. Daraus lassen sich zum Beispiel Rückschlüsse auf ihren inneren Aufbau ziehen. Außerdem wird das Weltraumteleskop auch auf sehr viele Doppel- und Mehrfachsterne stoßen, bei denen eine Komponente vor der anderen vorüberzieht und dabei Helligkeitsänderungen verursacht. Die Mehrzahl der Sterne in unserem Milchstraßensystem sind Komponenten eines solchen Doppel- oder Mehrfachsternsystems. (ta/mp)

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