23.09.2021

NASA startet Mini-Satelliten zur Erforschung von Exoplaneten

Grazer Know-how mit an Bord.

Das Colorado Ultraviolet Transit Experiment (CUTE) soll am 27. September ins All starten, um die Atmosphären von extrasolaren Planeten zu untersuchen. Das Grazer Institut für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften ist der wichtigste nicht-amerikanische Partner. CUTE ist nur von seiner Größe her 'niedlich', im Inneren des Satelliten steckt Hightech vom Feinsten.

© ULA

Klein, aber oho

CUTE ist die erste von der NASA finanzierte CubeSat-Mission, die einen Blick auf ferne Welten außerhalb unseres Sonnensystems wirft - ein wichtiger Test dafür, wozu diese kleinen Raumfahrzeuge in der Lage sein könnten. „Das etwa vier Millionen Euro teure Raumfahrzeug, ein viel kleinerer Satellitentyp als üblich, auch als CubeSat bekannt, ist ungefähr so groß wie eine Schuhschachtel“, so IWF-Gruppenleiter Luca Fossati, der Mitglied im CUTE Science Team ist. Im Gegensatz zu größeren Weltraummissionen, die oft Hunderte von Millionen Euro kosten, können CubeSats kostengünstig und schneller hergestellt werden und trotzdem von wissenschaftlichen Nutzen sein.

„Dank der Ergebnisse werden wir besser verstehen, wie sich diese und viele andere Planeten über Milliarden von Jahren entwickeln und sogar schrumpfen“, erläutert Fossati das Missionsziel.

Heiße Welten im Visier

Der Mini-Satellit verfolgt große wissenschaftliche Ziele: Im Laufe von etwa sieben Monaten wird er die 'flüchtige' Physik um eine Reihe von Exoplaneten ins Visier nehmen, die als 'heiße Jupiter' bezeichnet werden. Wie ihr Name schon sagt, sind diese Gasplaneten sowohl groß als auch brühend heiß und erreichen Temperaturen von Tausenden von Grad Celsius. „Dank der Ergebnisse werden wir besser verstehen, wie sich diese und viele andere Planeten über Milliarden von Jahren entwickeln und sogar schrumpfen“, erläutert Fossati das Missionsziel.
 

Hightech-Schuhschachtel

CUTE misst 30x20x10 Zentimeter, das entspricht ungefähr der Größe einer Schuhschachtel. Der CubeSat wird die obere Atmosphäre der Planeten mithilfe der Ultraviolett-Spektroskopie erforschen und die Zielobjekte während eines sogenannten Planetentransits beobachten. „Wenn der Planet von der Erde aus gesehen vor dem Stern vorbeizieht, gelingt es einem Teil des Sternenlichts die Planetenatmosphäre zu durchdringen und eine charakteristische Signatur im Sternenspektrum zu hinterlassen“, erklärt Fossati. Diese mit CUTE erfassten Spektra werden zur näheren Beobachtung der Atmosphäre herangezogen, um den Masseverlust der Planeten besser zu verstehen.

Countdown für den Start

CUTE wird zusammen mit der Mission Landsat 9 von der Vandenberg Space Force Base in Kalifornien starten. Voraussichtlicher Termin ist Montag, 27. September 2021, 20.10 MESZ. In der Oberstufe einer Atlas-V-Rakete sind unterhalb der zwei Tonnen schweren Hauptnutzlast neben dem nur 10 Kilogramm leichten CUTE-Satelliten drei weitere CubeSats auf einem Adapterring angebracht. Nach der Abtrennung von Landsat 9 werden rund eine Stunde später die vier CubeSats abgeworfen und in ihre Umlaufbahn gebracht.

Internationale Kooperation

CUTE wurde am Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) der University of Colorado in Boulder, USA, entwickelt und gebaut. Das IWF stellte die Analyse des optischen Systems bereit und lieferte den Datensimulator und die Datenreduktions-Pipeline. Der österreichische Beitrag zu CUTE wurde von der Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) finanziert. Weitere Projektpartner im CUTE-Team stammen aus Arizona, Irland, Frankreich und den Niederlanden.

KELT-9b – Eines der spannendsten Zielobjekte

CUTE befasst sich mit einem besonders heißen Thema der Astrophysik. Heiße Jupiter und ihre noch chaotischeren Cousins, die ultraheißen Jupiter, sind eine äußerst unwirtliche Klasse von Gaswelten. Nehmen wir KELT-9b: Dieser Planet, der sich in einem Sternensystem befindet, das etwa 670 Lichtjahre von unserem entfernt ist, hat eine Masse, die fast dreimal so groß ist wie die des Jupiters. Aber KELT-9b kreist auch viel näher an seinem Mutterstern - so nah, dass die Temperaturen auf dem Planeten schwindelerregende 7.800 Grad Celsius erreichen. „Durch die Nähe zu seinem Stern, der fast zweimal so heiß wie unsere Sonne ist, erhält KELT-9b eine enorme Strahlungsmenge“, berichtet Fossati.

Diese Strahlung fordert mit der Zeit ihren Tribut von den Planeten. Bei diesen Temperaturen beginnen sich die Atmosphären heißer Jupiter wie ein Kugelfisch auszudehnen. Sie können sogar reißen und ins All entweichen. Und genau hier kommt CUTE ins Spiel: Der Satellit wird die aufgeblähten Atmosphären dieser wirklich heißen, ziemlich gashaltigen Exoplaneten untersuchen und messen, wie schnell die Gase entweichen. Dies wird mit Hilfe des einzigartigen, rechteckigen Teleskopdesigns erreicht.

„Die Ergebnisse werden uns nicht nur viel über heiße Jupiter, sondern über die gesamte Bandbreite der in der Galaxie existierenden Planeten sagen können,“ so Fossati.

Von den heißen Jupitern zurück zur Erde

„Die Ergebnisse werden uns nicht nur viel über heiße Jupiter, sondern über die gesamte Bandbreite der in der Galaxie existierenden Planeten sagen können,“ so Fossati. Dazu gehören auch kleine und felsige Welten wie die Erde und ihre nahen Nachbarn. Der Mars beispielsweise hat im Laufe von fast drei Milliarden Jahren ebenfalls einen Großteil seiner Atmosphäre verloren, so dass der Planet für Menschen unbewohnbar geworden ist.

CUTE soll während seiner kurzen Lebensdauer so viele heiße Jupiter wie möglich abtasten. „Der Satellit wird beweisen, dass auch ‚niedliche‘ Dinge bemerkenswerte wissenschaftliche Arbeit leisten können“, ist Fossati überzeugt. „Letztendlich wird das kleine Raumschiff einen Beitrag zur Klärung der Frage leisten, welchen Platz die Erde in der Galaxie einnimmt.“

 

Abbildung
CUTE verlässt mit Landsat 9 die Integrationshalle, um auf die Startrakete Atlas V gehievt zu werden (© ULA, Download).

Wissenschaftlicher Kontakt
Doz. Luca Fossati
T +43 316 4120-601
M +43 676 338670
luca.fossati(at)oeaw.ac.at