Abenteuer Astronomie

Ohne Probleme hat heute um 0:51 MESZ eine Falcon 9 den relativ kleinen Transiting Exoplanet Survey Satellite der NASA in den Weltraum gebracht, der 49 Minuten später ausgesetzt wurde: TESS soll zunächst in zwei Jahren gut 85% des gesamten Himmels nach relativ hellen Sternen mit Planeten absuchen, die vor den Sternscheibchen her ziehen. Diese Systeme werden dann ideale Ziele für Beobachtungen mit Instrumenten auf anderen Weltraumteleskopen wie irdischen Fernrohren sein: TESS soll ihnen den perfekten Kandidaten-Katalog liefern.

Die Bedeutung der von TESS erwarteten Liste kann gar nicht überbewertet werden: Der Katalog werde „die geeignetsten Ziele für detaillierte Untersuchungen in den kommenden Jahrzehnten oder gar sogar Jahrhunderten“ enthalten, versprachen TESS‚ Chefwissenschafler George Ricker vom MIT und seine Mitstreiter 2014 in einer Projektbeschreibung. Zwar hat der Satellit Kepler, dessen Mission in ein paar Monaten enden wird, tausende Exoplaneten mit genau derselben Transit-Technik aufgespürt und das statistische Wissen über die Vielfalt der Planeten in der Milchstraße revolutioniert. Aber weil ihre Heimatsterne meist weit entfernt und lichtschwach sind, waren nur selten detaillierte Untersuchungen der fremden Planetensysteme möglich: eine Folge der Kepler-Strategie, ein kleines fixes Himmelsfeld zu überwachen. Die von TESS erwarteten Planetensysteme sind dagegen mit 30 bis 300 statt 300 bis 3000 Lichtjahren um einen Faktor 10 näher und die Sterne 10- bis 100-mal heller, denn die Suchstrategie ist eine völlig andere. Die vier Kameras von TESS, die zusammen ein 12° x 96° großes Gesichtsfeld besitzen, starren während einer ausladenden Ellipsenbahn um die Erde (die übrigens von der Schwerkraft des Mondes stabilisiert wird) jeweils nur 27,4 Tage lang einen bestimmten Streifen am Himmel an, dann kommt schon der nächste dran.

Diese Streifen reichen jeweils von der Nähe der Ekliptik bis zu den Ekliptikpolen, zu denen hin sie sich immer stärker überlappen. Diese Geometrie hat Folgen: Je polnäher ein Stern, desto häufiger kommt er TESS vor die Kamera, und desto langperiodischere Planeten können nachgewiesen werden. In Polferne wird dagegen Sternen meist nur eine einmalige 27-Tages-Überwachung zuteil, so dass nur Planeten mit Perioden bis etwa 10 Tage sicher detektiert werden können: Drei Transits sollten es dafür schon sein. Planeten in bewohnbaren Zonen um sonnenähnliche Sterne, die Umlaufsperioden von hunderten Tagen haben, kann TESS daher allenfalls in den polnäheren Feldern finden – ein unangenehmer Kompromiss, wenn man nahezu den ganzen Himmel absuchen will (was man aber muss, da helle Sterne nunmal selten und andererseits gleichmäßig über ihn verteilt sind) und dafür nur zwei Jahre Zeit hat (was schlicht eine Kostenfrage ist). Aber die viel längeren Beobachtungen an den Ekliptikpolen machen das Manko teilweise wieder wett. Und genau dort wird z.B. im kommenden Jahrzehnt das James Webb Space Telescope besonders gut beobachten können, von dem detaillierte Analysen der Atmosphären vieler Planeten im Transit vor hellen Sternen erwartet werden.

Die CCD-Kameras von TESS belichten mit ihren 10 cm großen Objektiven jeweils 2 Sekunden lang, aber vor der Übertragung zur Erde während 4 1/2 Stunden rund ums Perigäum der 13,7 Tage währenden Ellipse werden die Bilder gestackt – und zwar auf zwei verschiedene Weisen. Zum einen jeweils 60, so dass eine Belichtungszeit und Aufnahmetaktung von 2 Minuten zustande kommt: Aus diesen Summenbildern werden jeweils nur kleine Ausschnitte gesendet, rund um vorher ausgewählte rund 200000 Kandidaten, also etwa 15000 pro Feld (unabhängige Astronomen hatten ein Zehntel dieses Input-Katalogs vorschlagen dürfen, auch für astronomische Projekte, die nichts mit Exoplaneten zu tun haben aber Fotometrie mit hoher Rate und Präzision erfordern). Außerdem werden jeweils 30 Minuten gestackt und diese Summenbilder komplett übertragen: Vorher nicht selektierte langsamer veränderliche Objekte können dann auf Bilderserien entdeckt werden. Die TESS-Forscher erwarten von der zweijährigen Primärmission die Entdeckung von etwa 70 „Erden“, gut 500 „Supererden“ und 20000 Exoplaneten insgesamt. Und der Satellit an sich sollte gut zwei Jahrzehnte lang arbeiten können: Sollte eine Missionsverlängerung finanziert werden, gibt es schon eine Reihe von Plänen dafür in der Schublade.

LINKS:

Detaillierte Beschreibung: https://arxiv.org/abs/1406.0151
Zusammenfassung: https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/tesssciencewritersguidedraft23.pdf
Knappes Einführungs-Video: https://www.youtube.com/watch?v=Q4KjvPIbgMI
Briefing vor dem Start: https://www.facebook.com/nasaedgefan/videos/1993951890647414
Pressekonferenz auf einer Astro-Tagung: https://files.aas.org/aas231/aas_231_press_2018-01-09_12_45_nasas_transiting_exoplanet_survey_satellite_tess.mp4