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CHEOPS: Start des weltweit ersten Weltraumteleskops zur Exoplanetenkunde verschoben

Die Entdeckung des ersten Exoplaneten ist nun schon fast 30 Jahre her, in diesem Jahr wurde dafür sogar der Nobelpreis für Physik verliehen. Doch bis heute sind diese Planeten meist nicht viel mehr als Kurven aus Diagrammen in den Büros von Wissenschaftler. In einigen Fällen lassen sich die Oberflächenbedingungen grob simulieren, doch das Erfassen von Details oder sogar direkte Beobachtungen sind bis heute nicht möglich. Dies soll die CHEOPS-Mission der ESA ändern. Das Weltraumteleskop soll erstmals Details von bereits bekannten Exoplaneten erfassen. Doch der Start im Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guyana schlug gestern fehl und soll am heutigen Tag um 09:45 MESZ wiederholt werden.

Detaillierte Untersuchung von Exoplaneten

CHEOPS steht für „Characterising Exoplanet Satellite“, die primäre Aufgabe des Weltraumteleskops ist es also nicht, neue Planeten zu entdecken, sondern bereits bekannte einmal genauer unter die Lupe zu nehmen, gerade erdähnliche Planeten um nahe Sterne, also etwa Himmelskörper zwischen der Größe von Erde und Neptun. Dies sind sogenannte Supererden, also Gesteinsplaneten, von denen einige auch lebensfreundliche Bedingungen aufweisen können, allerdings auch Wüsten- oder Wasserplaneten sein können. Etwa 500 Sterne sollen beobachtet werden, um all diese Sterne wurden bereits Planeten entdeckt.

Die Planeten sollen bei Transits um ihren Stern beobachtet werden, so kann zunächst die Größe und somit geklärt werden, ob es sich um Gesteins- oder Gasplaneten hält. Gasplaneten sind für Lebenssuche recht uninteressant, handelt es sich jedoch um Gesteinsplaneten, kann aus Masse und Durchmesser die Dichte berechnet werden, was Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung zulässt. Im nächsten Schritt sollen eventuelle Atmosphären und deren Zusammensetzung untersucht werden. Sollte man Elemente wie Sauerstoff oder Methan finden, wäre das ein starker Hinweis auf einen bewohnbaren oder sogar bewohnten Planeten.

CHEOPS soll unter anderem herausfinden, ob es sich bei Planeten um Gasriesen oder Gesteinsplaneten handelt.

Aufbau der Sonde

CHEOPS soll die Erde in 700 Kilometern Höhe umkreisen, also noch im niedrigen Erdorbit leicht über der ISS und Hubble, aber deutlich unter den Bahnen der TV-Satelliten. Es ist 2,6 Meter hoch und wiegt 290 Kilogramm. Das Teleskop selbst hat eine Öffnung von 32 Zentimetern und eine Länge von 1,2 Metern. Die Mission wird von der Europäischen Raumfahrtorganisation ESA in Kooperation mit der Schweiz und andere internationalen Partnern betrieben. Durch Solarpaneele zur Energieversorgung und einen Hitzeschild, ähnlich wie ihn Parker Solar Probe hat, nur deutlich kleiner, wird die empfindliche Technik vor der Sonnenstrahlung geschützt. So soll eine Lebensdauer von 3,5 Jahren erreicht werden, evtl. sogar mehr, sodass die Mission auch spontan verlängert werden kann.

Start kurzfristig abgebrochen

Der Start von CHEOPS markiert die Entstehung eines neuen Astronomischen Forschungsgebiets, der Exoplanetenkunde, in der Exoplaneten studiert und nicht nur entdeckt werden. Jedenfalls wird er den markieren, denn obwohl der Start für gestern Morgen geplant war, ist CHEOPS noch am Boden, heute 09:54 Uhr MESZ soll ein erneuter Startversuch erfolgen. Derzeit ist noch nicht sicher, wieso der Start 90 Minuten vor Ablauf des Countdowns automatisiert abgebrochen wurde. Da die Sojus-Fregat-Rakete von der Russischen Raumfahrtbehörde Roskosmos produziert wurde, leitet diese derzeit die Untersuchungen.

Nur der Anfang

Läuft alles nach Plan, ist CHEOPS nur der Anfang dieses neuen Forschungszweigs, so ist es auch die erste von sogenannten S-Class-Missionen der ESA, die kostengünstig sind und in recht kurzer Zeit hintereinander gestartet werden sollen. Und auch zur Erforschung von Exoplaneten gibt es noch viele Möglichkeiten. So ist es etwa denkbar, ein Teleskop am Gravitationslinsenpunkt unserer Sonne, weit außerhalb des Kuipergürtels, zu platzieren. Dieses Teleskop könnte quasi die Sonne als Spiegel nutzen und so eine Auflösung erzielen, die mehrere Pixel große Bilder von Exoplaneten ermöglichen würden. Noch ist dies eine Vision, doch mit dem Start von CHEOPS werden wir dieser Version womöglich einen Schritt näher kommen.

Holographie-Durchbruch: Forscher entwickeln fühlbares Hologramm

Eine kurze Geschichte der Holographie

Ihre heimliche Geburtsstunde hatte die Holographie bereits 1920. Der polnische Physiker Mieczyslaw Wolfke wollte die graphische Darstellung von Objekten erstmals unterteilen. Zunächst sollten die kurzwelligen Spektren aufgenommen werden, später die langwelligeren für den Menschen sichtbaren. Doch aus technischen Schwierigkeiten gelang dies erst 28 Jahre später, 1948, dem ungarischen Physiker Dennis Gábor. Damit zeigte er, dass sich die Welleneigenschaften des Lichts (nämlich die Interferenz zwischen dem reflektierte Licht und einer zugehörigen Referenzwelle) so ausnutzen lassen, dass damit Informationen über die verschiedenen Bilder gespeichert werden können. Dass er damit den Grundstein für die Erzeugung von Hologrammen legte, erkannte man erst später, daher dauerte es 23 Jahre bis man ihn 1971 mit dem Nobelpreis für Physik auszeichnete.

Doch als Gábor versuchte, erste tatsächliche Hologramme mit den Namen berühmter Physiker zu erzeugen, wurde er enttäuscht: Dunkle Flecken störten das Bild und es überlagerte sich mit einem weiteren verzerrten Bild, sodass man die Namen kaum noch erkennen konnte. Kein Wunder, aufgrund der technologischen Ausstattung musste er mit einer Quecksilberdampflampe und einer Lochblende arbeiten. 1959 gelang es den Physikern Emmett Leith und Juris Upatnieks, das störende überlagernde Bild zu entfernen und erstmals hochwertige Hologramme zu erstellen. Durch die experimentelle Realisierung des Lasers 1960 bekam die Holographie einen Vorschub, der 2018 schließlich in der Schaffung des ersten frei beweglichen Hologramms mündete, die man eigentlich erst weit in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts gesehen hat – ein entscheidender Schritt in Richtung Telepräsenz.

Ultraschall statt Laser

Doch während es in Science Fiction Serien nicht nur möglich war, Hologramme zu erzeugen, zu sehen und zu bewegen, sondern auch sie zu spüren, zu hören und mit ihnen zu interagieren, fehlte diese Komponente bisher bei realen Hologrammen. Dies konnte durch ähnliche Technologie behoben werden, mit der man 2018 das erste bewegliche Hologramm erschuf. Dort leuchtete man mithilfe eines präzisen Lasers Partikel an, deren Leuchten das Hologramm erzeugte. Ryuji Hirajama und sein Team ersetzen Laser durch Ultraschalltöne. Da sich auch Schall durch ein Feld, nämlich ein akustisches Feld, beschreiben lässt, welches einen eigenen Druck ausübt, können dadurch die Teilchen zum Schweben gebracht und dann beleuchtet werden.

Mithilfe eines Lasers wurden zunächst winzige Partikel angeleuchtet, die dann das Hologramm erzeugt haben.

Dieses Modell steckt natürlich noch mitten in der Forschung und derzeit ist es auch noch etwa mikrowellengroß und man erstellte Hologramme von sich bewegenden Buchstaben, einem Globus, einem Zauberwürfel und mehr. Die Auflösung lasse sich allerdings noch verbessern, der Aufwand dafür sei überschaubar.

Taktiles Feedback und Akkustik

Da Ultraschall zwar für das menschliche Ohr nicht hörbar ist, aber dennoch ein Energieträger, wodurch entweder Geräusche erzeugt werden können oder aber auch unsere Haut stimuliert wird. Somit fühlt man Widerstand und eine Art Kribbeln, wenn man das Hologramm berührt, in etwa als würde man ein normales Objekt anfassen. Ein Sensor überwacht das Hologramm und erkennt, wenn man sich ihm nähert. Dann werden die Ultraschallwellen an der Stelle, wo man das Hologramm berührt, komprimiert und üben somit Gegendruck aus. Ein Schall von ungefähr 150 Dezibel entspricht dann einem Kribbeln am Finger. Auch in Ton lassen sich diese Wellen umwandeln, bisher aber nur in eher primitive Töne.

Fast wie das Holodeck

Noch ist diese neue Technik ganz am Anfang. Die Auflösung ist noch spärlich, die emittierten Töne spärlich und die Unterschiede zu einem realen Objekt noch deutlich zu fühlen. Dennoch kommt dieses Hologramm schon sehr nah an die in Filmen gezeigten heran. in Zukunft möchte man mit noch höheren Frequenzen noch deutlichere Sinneseindrücke hervorrufen, die Auflösung verbessern und komplexere Töne ermöglichen. Dann wären eines nicht allzu fernen Tages vielleicht Hologramme möglich, die sich nicht mehr von realen Objekten unterscheiden lassen.