Kepler – ein Satellit auf der Suche nach Planeten

Kepler – ein Satellit auf

der Suche nach Planeten

Michelle Frankl 2015

Sind wir allein im Universum oder gibt es sogar eine zweite Erde?

Diese Frage beschäftigt die Menschheit schon über Jahrhunderte hinweg

Inhaltsverzeichnis 1. Weltraumteleskop Kepler 2. Was sind Exoplaneten 3. Die Transitmethode zur Planetenentdeckung 4. Der Satellit Kepler 4.1 Namensgeber: Johannes Kepler 4.2 Biografie 4.3 Aufbau und technische Beschreibung 5. Mission 5.1 Wissenschaftliche Zielsetzung der Mission 6. Verlauf der Mission 6.1 Kepler`s Entdeckungen 6.1.1 Die ersten drei Monate 6.1.2 Kepler 10b 6.1.3 Erklärung des Begriffes „KOI“ 6.1.4 Kepler 10c 6.1.5 Kepler 11b bis g 6.1.6 Kepler 62b bis f 6.1.7 Kepler 78b 6.1.8 Kepler 186f 6.2 Probleme und Einstellung der Mission 7. Team und Auszeichnungen der Mission 7.1 Team 7.2 Auszeichnungen 8. Auswertung der Mission 9. Die K2 - Mission 10. Quellenverzeichnis

Die NASA sandte im März 2009 das Weltraumteleskop Kepler in eine Erdumlaufbahn, um in habitablen Zonen ferner Sonnen erdähnliche Planeten zu finden Diese Mission soll Exoplaneten mittels der Transitmethode suchen

2. Was sind Exoplaneten?

Ein extrasolarer Planet, kurz Exoplanet, ist ein Planet außerhalb des vorherrschenden gravitativen Einflusses der Sonne. Extrasolare Planeten gehören also nicht dem Sonnensystem an, sondern einem anderen Planetensystem bzw. umkreisen einen anderen Stern

Der Satellit Kepler betrachtet das Gebiet in den Sternbildern Schwan und Leier und misst dabei die Helligkeit von ca. 150 000 Sternen

4.1 Namensgeber: Johannes Kepler • •

deutscher Astronom erkannte als erster die Gesetzmäßigkeiten der Planetenumlaufbahnen

4.2 Biografie • * 27. Dezember 1571 in Weil der Stadt als Lutheraner • 1598 Zusammenarbeit mit dem dänischen Astronomen Tycho Brahe an neuen exakten Planetentafeln in Prag • Entdeckung Kepler´s, dass die Umlaufbahn des Mars vom Kreis abwich • 1609 Veröffentlichung seiner beiden Gesetze (die Astronomia Nova) • 1619 Veröffentlichung des dritten Gesetzes (die Harmonices Mundi) • + 15. November 1630 in Regensburg

4.3 Aufbau und technische Beschreibung Schmidt Teleskop mit Photometer • 1039 kg schwer und 5 m hoch • Photometerdurchmesser: 0,95 m • Hauptspiegeldurchmesser: 1,4 m

• besteht aus 42 CCD-Sensoren • Auflösung der Sensoren von je 2200 x 1024 Pixel • Helligkeitsregistrierung im halbstündigem Rhythmus • die Optik wurde geringfügig defokussiert um die Genauigkeit der Helligkeitsmessungen zu erhöhen

• Übertragung zur Bodenstation verläuft über ein KA-Band

NASA Discovery-Mission Nr. 10 Vermessung eines Ausschnittes unserer Region der Milchstraße

5.1 Wissenschaftliche Zielsetzung der Mission Einen Planeten zu entdecken, der dem Charakter unserer Erde sehr nahe kommt

Start:

07.03.2009 um 03:50 Uhr UTC

Auftraggeber:

NASA

Startrampe:

LC-17B auf Cape Canaveral

Trägerrakete:

Delta II 7920-10L

Seriennummer: D-339 Kosten:

ca. 600 Mio. US Dollar

• Teleskop nicht in eine Umlaufbahn um die Erde gebracht (ungestörte Beobachtungen) • befindet sich in einem Sonnenorbit, dessen Umlaufzeit etwas von dem der Erde abweicht • Sonde läuft er Erde hinterher • entfernt sich im Laufe der Jahre immer weiter von dieser • Überwachung der Beobachtungsregion ohne periodische Verdeckung durch die Erde

Die ersten Entdeckungen: Kepler 4b, 5b, 6b, 7b, und 8b

Das angehängte b bezeichnet, dass es sich um planetare Begleiter

eines Sterns handelt

Diese fünf Exoplaneten sind sehr heiße Gasriesen, da sie sich sehr nahe an ihrem Zentralgestirn befinden

6.1.1 Die ersten drei Monate •

Entdeckung von ca. 700 Exoplanetenkanditaten

•

Bestätigung durch das Wissenschaftsteam: 270 Exoplaneten als glaubhaft 140 dieser Exoplaneten besitzen eine erdähnliche Größe

•

Größenverteilung der Kepler Planeten ähnelt sehr der Planeten

unseres Sonnensystems •

unser Sonnensystem wäre absoluter Durchschnitt

•

erdähnliche Planeten wären weitaus häufiger

• der erste felsige Exoplanet, der von der Mission entdeckt wurde • hat den 1,4-fachen Durchmesser der Erde • besitzt die 4,6-fache Masse unserer Erde • einer der hellsten Sterne • aufgrund seiner Helligkeit wurden hochfrequente Schwankungen festgestellt • Hinweise auf Sternenbeben oder auf eine Oszillation in seinem Inneren, ergibt genaueren Aufschluss über seinen inneren Aufbau • umrundet seinen Zentralgestirn in rund 20 Stunden

• Oberflächentemperatur ca. 1400 Grad Celsius • gebundene Rotation

Forscher fanden Hinweise auf einen zweiten Transitplaneten Die Bezeichnung für diesen lautet: KOI-72.02

„Kepler Object of Interest“ • werden Sterne bezeichnet, die bei der Auswertung auffielen • weiterer Untersuchungen wert sind

• Nachforschungen müssen die KOI-Objekte bestätigen • endgültige Bezeichnung der Form "Kepler-xyz"

•

Planetenkandidat KOI-72.02 jetzt offiziell Kepler 10c

•

Bestätigung am 23. Mai 2011

•

weist den 2,2-fachen Durchmesser der Erde auf

•

besteht aus Silikatgestein

•

hat einen metallischen Nickeleisenkern

•

gehört zur Klasse der Super-Erden

•

umkreist seinen Mutterstern in 45,3 Tagen

•

Oberflächentemperatur von mehr als 500 Grad Celsius

•

für unser Leben wäre dieser Planet nicht denkbar

• • • • •

enthält gleich sechs Planeten, die einen sonnenähnlichen Stern umkreisen weisen nur den doppelten bis vierfachen Durchmesser der Erde auf Kepler 11b ist vergleichbar mit unserem Erdmond besitzt eine feste Oberfläche und umkreist seinen Zentralstern alle zehn Tage Kepler 11e ist etwas größer als Uranus und besitzt nur die halbe Dichte von Wasser

• • •

im Planetensystem Kepler 11 geht sehr gedrängt zu gegenseitiges Beeinflussen der einzelnen Bahnen Bahnradien der sechs Planeten von Kepler 11 sind alle kleiner als die der Venus

• • • • • • •

Kepler 62e und 62f umrunden ihr Zentralgestirn in der lebensfreundlichen Zone besitzen den 1,4- bzw. 1,6-fachen Erdradius Oberflächentemperatur Kepler 62e: ca. 0 Grad Celsius Oberflächentemperatur Kepler 62f : –62 Grad Celsius Kepler 62b, d bis f gehören zur Klasse der Supererden Kepler 62c ist etwa so groß wie der Mars Kepler 62b, c und d erreichen eine Oberflächentemperatur von 240 bis 480 Grad Celsius

•

annähernd erdgroßer Exoplanet

•

Rekordhalter für die kürzeste Jahreslänge, umrundet sein Zentralgestirn in 8,5 Stunden

•

Oberflächentemperatur ca. bei 2000 bis 3000 Grad Celsius

•

Felsplanet aus Silikatgestein, ähnlich wie die Erde

6.1.8 Kepler 186f •

erdgroßer Planet, gehört zu einem rund 500 Lichtjahre entfernten Sonnensystem

•

ist der äußerste von fünf Planeten

•

nur etwa zehn Prozent größer als unsere Erde

•

befindet sich in der habitablen Zone

•

die Temperatur liegt knapp über dem Gefrierpunkt

•

Voraussetzungen für flüssiges Wasser und etwaiges Leben gegeben

6.2 Probleme und Einstellung der Mission •

Eintreten in den sog. Sicherheitsmodus am 14. Mai 2013

•

Kepler befindet sich nun im Point Rest Mode

•

Fehlerquelle lag am Drallrad Nummer 4

•

Drallräder sind schnell rotierende Kreisel

•

exaktes positionieren des Satelliten in den drei Raumachsen

•

Drallrad Nummer 2 bereits 2012 ausgefallen

•

nur noch zwei Steuerkreisel standen zur Verfügung

•

bei der erforderlichen Genauigkeit Kepler im All auszurichten, benötigt man mindestens drei Kreisel

•

Weiterbetrieb war nicht mehr möglich

•

Hauptmission wurde am 15. August 2013 eingestellt

7. Team und Auszeichnungen der Mission 7.1 Team So eine Mission mit so vielen neuen wissenschaftlichen Entdeckungen, kann nur erzielt werden, durch eine perfekte Zusammenarbeit und Teamfähigkeit verschiedener Gruppen, zum Beispiel: Co-Ermittler, Wissenschaftsarbeitsgruppe und Wissenschaftler.

Der Hauptinvestor der NASA Kepler Mission:

William Borucki

vom NASA Ames Research Center Moffett Field, CA

7.2 Auszeichnungen 7. März 2014 National Space Club`s Robert H. Goddard Trophy (für die Revolutionierung der Astrophysik und der Exoplanetenforschung)

28. April 2013 Henry Draper – Medaille (für den Hauptinvestor William Borucki)

7. März 2012 John L. “Jack“ Swigert Jr. Award for Space Exploration (für das NASA Kepler Mission Team)

8. Auswertung der Mission

Gesamtbeobachtungen der Planetenkandidaten von 2009 bis Januar 2013 2740 Kandidaten teilen sich wie folgt auf:

Sollte dies das Ende vom Satelliten Kepler sein?

Suchen wir nicht mehr nach einer zweiten Erde?

Doch die suche nach Exoplaneten geht weiter!

• • • • • • • • • •

keine neuen Beobachtungen seit ca. 1 Jahr Auswertung bereits gesammelter Daten findet weiterhin statt Kepler soll mit einer modifizierten Mission (K2) weiter nach Exoplaneten suchen (Meldung NASA Mai 2014) Druck der Photonen verschiebt Sonde kontinuierlich Sonne selbst soll das dritte Drallrad ersetzen Ausrichtung der Sonde um einen gleichmäßigen Druck auf Kepler auszuüben die beiden anderen Reaktionsräder arbeiten auf Widerstand, um die Sonde für den notwendigen Zeitraum auf Position halten die Ausrichtung muss mehrmals im Jahr korrigiert werden befindet sich momentan in der Testphase

Es bleibt daher spannend abzuwarten, wie viele weitere Exoplaneten sich noch in den Messdaten verstecken

Auf Überraschungen in den nächsten Monaten und Jahren darf man sich sicher einstellen

10. Quellenverzeichnis: • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

Exoplaneten in Hülle und Fülle, in „Sterne und Weltraum“, 3/2010 http://www.astro-stammtisch.pdf http://www.raumfahrer.net http:://www.lexikon.astronomie.info Kepler 62: Zwei Supererden in der lebensfreundlichen Zone?, in „Sterne und Weltraum“, 6/2013 http://www.einstein-website.de Keplers kühner Traum, in „Sterne und Weltraum“, 1/2014 Kepler 10 – der Transitsucher findet seinen ersten Felsplaneten, in „Sterne und Weltraum“, 4/2011 http://www.bernd-leitenberger.de http:// www.nasa.gov http://www.lsw.uni-heidelberg.de http://www.arxiv.org > astro-ph Kepler-4b, Kepler findet Unmengen erdgroßer Planeten, in „Sterne und Weltraum“, 9/2010 Weltraumteleskop Kepler – die ersten vier Monate, in „Sterne und Weltraum“, 4/2011 http://www.astronews.com http://www.spektrum.de Kepler bestätigt >> heiße Erde