Kepler-Mission zur Suche nach Exoplaneten

Diskutiere Kepler-Mission zur Suche nach Exoplaneten im Raumfahrt Forum im Bereich Luftfahrzeuge; Vor einigen Tagen wurde ein Zwischenbericht über die wissenschaftlichen Aktivitäten der Mission veröffentlicht. Das Kepler-Teleskop der NASA...

Moderatoren: mcnoch
  1. #1 tritium, 11.02.2011
    tritium

    tritium Kunstflieger

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    Vor einigen Tagen wurde ein Zwischenbericht über die wissenschaftlichen Aktivitäten der Mission veröffentlicht.

    Das Kepler-Teleskop der NASA wurde am 7. März 2009 gestartet und in einen earth-trailing-orbit um die Sonne gebracht. Von dort aus ist es möglich, das Zielgebiet ohne Unterbrechung und Bedeckung zu beobachten. Mit einem 0.95m-Schmidt-Teleskop und einer Kamera aus 42 CCDs mit je 2200 × 1024 Pixel (zusammen 95 Megapixel) werden zeitliche Helligkeitsschwankungen von Sternen gemessen. Daraus erhofft man sich einerseits neue Erkenntnisse in der Asteroseismologie (unter Anderem über den inneren Aufbau der Sterne) und, eher öffentlichkeitswirksam, den Nachweis von Planeten um eben diese Sterne mithilfe der Transitmethode. Zieht der Planet auf seiner Umlaufbahn zwischen Stern und Teleskop vorbei, so bedeckt er seinen Stern und verdunkelt ihn damit periodisch. Die Transitmethode hat den Vorteil, dass sie auch sehr kleine Planeten finden kann (auch deutlich kleiner als die Erde). Insgesamt wird ein Gebiet mit ~180.000 Sternen im Sternbild Schwan untersucht.

    Die nun vorliegenden Resultate beruhen auf der Auswertung von Beobachtungen von 156.000 Sternen zwischen 12. Mai und 17. September 2009. Demnach wurden Hinweise auf bis zu 1235 Planeten gefunden. Davon sind 68 in Erdgröße, 288 Super-Erden (Felsplaneten mit sehr großer Masse), 662 in Neptungröße, 165 Jupiterähnlich und 19 deutlich größer als Jupiter. Von diesen liegen 54 in der Habitablen Zone, in der flüssiges Wasser möglich ist, darunter auch 5 der Erdgroßen und 49 der Super-Erden. Allerdings befinden sich die Meisten davon in Orbits um Zwergsterne, die deutlich kühler sind als die Sonne.
    Diese rund 1200 Kandidaten müssen jedoch noch durch andere Observatorien bestätigt werden, besonders Radialgeschwindigkeitsmessungen sind hierfür wichtig. Bei der NASA geht man allerdings davon aus, dass dies für etwa 90% der Kandidaten erfolgreich sein wird. Bisher sind insgesamt nur ~520 Planeten sicher nachgewiesen, sodass die zu erwartenden rund 1000 Neuentdeckungen vielfältige Aufschlüsse über Planetensysteme geben werden.

    Bereits bestätigt ist das System Kepler-11 (Details) mit sechs Transitplaneten (Gas und Gesteinsplaneten) um einen Sonnenähnlichen Stern. Es ist damit eines der am komplexesten bekannten Exoplaneten-Systeme überhaupt und sehr dicht besetzt: alle Planeten haben kleinere Bahnradien als Venus, was Fragen bezüglich ihrer Entstehung aufwirft.

    Die Fülle an Kandidaten nach nur wenigen Monaten Beobachtungszeit ist eine große Überraschung. Zumal das Sichtfeld nur 1/400 des gesamten Himmels beträgt und mit der Transitmethode nur ~1-5% aller Planeten überhaupt nachweisbar sind (liegen Stern, Planet und Teleskop nie in exakt auf einer Linie, so gibt es auch keine Transits). Weiterhin sind mindestens drei Transits notwendig, um einen Nachweis abzusichern, für die Erde müsste man die Sonne also 3 Jahre lang beobachten. Deshalb zeichnet sich ab, dass Planeten um andere Sterne eher Regel als Ausnahme sind.

    Links:
    NASA PR: http://www.jpl.nasa.gov/news/news.cfm?release=2011-036
    SPON: http://www.spiegel.de/wissenschaft/weltall/0,1518,743187,00.html
     
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  3. #2 A.G.I.L, 11.02.2011
    A.G.I.L

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    Danke für den interessanten Beitrag.
    Welche Auswirkungen hat es eigentlich, wenn sich ein Planet in der habitablen Zone der verschiedenen Sterntypen (weisse Zwerge - rote Riesen und dazwischen) befindet? Ich nehme an, habitable Zone ist nicht gleich habitable Zone?
     
  4. cargo

    cargo Space Cadet

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  5. #4 tritium, 21.02.2011
    tritium

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    Hi A.G.I.L!

    Was Du meinst sind wohl eher Braune Zwerge bis Blaue Riesensterne. Ein Roter Riese ist eigentlich nur ein Übergangszustand am Ende der Lebenspanne eines Sternes und ein Weißer Zwerg der Überrest eines kleineren Sternes (umgangssprachlich auch "Sternleiche" genannt). (siehe hier)

    Der Link von cargo erklärt ja das schon Meiste, die habitable Zone ist eben definiert als der Abstandsbereich, in dem die Strahlung eines Sternes groß und klein genug ist, damit auf der Planetenoberfläche dauerhaft flüssiges Wasser existieren kann. Das ganze ist eben von Interesse, weil man flüssiges Wasser gemeinhin als Grundvoraussetzung für Leben annimmt.

    Dabei gilt, je massereicher und heller (>>heißer<<) ein Stern ist, desto weiter nach Außen verschiebt sich diese Zone, d.h. bei Roten Zwergen ist sie sehr nahe am Stern, bei Riesensternen wesentlich weiter weg. In der Umgebung von sehr großen Sternen spielt das ganze auch keine wirkliche Rolle, da diese nur wenige Millionen Jahre leben, viel zu kurz um Leben zu entwickeln. Was Weiße Zwerge und andere Überbleibsel wie Neutronensterne angeht bin ich mir nicht sicher, ob es überhaupt eine solche Zone gibt, da diese starke UV- und Röntgenstrahlung aussenden (der Gesundheit nicht unbedingt zuträglich...). Zumal Sterne bei ihrem Abgang ihre nähere Umgebung ziemlich verwüsten. So wird sich die Sonne in dieser Phase mindestens bis zur Venusbahn ausdehnen und gleichzeitig sehr starke Sternwinde abgeben.

    Allgemein ist die "habitable Zone" sowieso ein eher schwammiger Begriff, der noch auf die 50er-Jahre zurückgeht (und damit noch vor Begin des Raumfahrtzeitalters und der Exobiologie entstand). Atmosphären und geologische Aktivitäten wie Vulkane haben einen großen Einfluss auf die Umweltbedingungen an der Planetenoberfläche. Man kann das schon im inneren Sonnensystem beobachten: Auf der Venus ist es heißer als auf Merkurs Tagseite und hier auf der Erde existiert flüssiges Wasser, auf dem Mond aber nicht, obwohl er den selben Abstand zur Sonne hat.
    Das ganze ist selbst aus der Nähe sehr schwer zu greifen, die genauen Wechselwirkungen zwischen Erdatmosphäre, Erdmagnetfeld und Sonne sind nach wie vor nicht voll verstanden, von unseren Nachbarplaneten ganz zu schweigen. Andere Sterne und Umlaufbahnen bieten noch eine Menge zusätzlicher Effekte (hohe Exzentrizitäten, starke Sternwinde, veränderliche Helligkeit, anderes Strahlungsspektrum…), deren genauen Einfluss wir nur erahnen können. Aber auch Gezeitenkräfte von Gasriesen ermöglichen auf ihren Monden unter einer Eisschicht Ozeane weit außerhalb der habitablen Zone (vermutet bei Jupiter-Europa/Ganymede und anderen).

    Einige neue Entdeckungen aus der Biologie weichen die Sache zusätzlich auf, so können beispielsweise Bärtierchen monatelang ungeschützt im All oder in kochendem(!) Wasser überleben. Daher behaupten böse Zungen unter den Astronomen, der Begriff würde hauptsächlich noch von der NASA/SETI PR-Abteilung hochgehalten.
    (und es hat funktioniert, ist gleich einer drauf angesprungen :p)
     
  6. #5 A.G.I.L, 21.02.2011
    A.G.I.L

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    Hi tritium,

    vielen Dank für die ausführliche Antwort! :TOP:

    Gruß A.G.I.L
     
  7. #6 tritium, 16.09.2011
    tritium

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    Nachdem ihre Existenz vor allem durch numerische Rechnungen seit einiger Zeit vermutete wurde, gelang es nun mit dem Kepler-Teleskop erstmals einen Planeten in einem Doppelsternsystem nachzuweisen. Das beobachtete System Kepler-16(AB) besteht aus zwei K- oder M-Sternen (orange Zwergsterne) mit 0.69 und 0.20 Sonnenmassen. Dies umkreisen sich im Anstand von 33.5 Mio. km und bedecken sich von der Erde aus gesehen gegenseitig (sog. "eclipsing binaries"). Dabei konnten weitere kleine Bedeckungen beider Sterne beobachtet werden, die von einem Planeten verursacht werden. Bei diesem handelt es sich um einen Gasriesen mit 0.33 Jupitermassen. Er umwandert das gemeinsame Schwerezentrum des Doppelsterns auf einer Kreisbahn mit einem Radius von 75% des Sonne-Erde Abstandes und benötigt für einen Umlauf ca. 229 Tage.

    Diese Art von Systemen ist für die Wissenschaft besonders interessant, zeigt es doch, wie vielfältig Planetensysteme sein können. Da etwa die Hälfte aller Sterne in Doppel- oder Mehrfachsystemen auftreten, ist diese Entdeckung ein weiterer Hinweis darauf, dass Planeten ein sehr häufig auftretendes Phänomen sind. Erst am Montag wurde eine Studie der HARPS-Kollaboration veröffentlicht, wonach mindestens 40% aller sonnenähnlichen Sterne in unserer näheren Umgebung mindestens einen Planeten mit einer geringeren Masse als Saturn besitzen.

    Links:
    NASA/JPL-PR (engl.): http://www.jpl.nasa.gov/news/news.cfm?release=2011-292
    SPON: http://www.spiegel.de/wissenschaft/weltall/0,1518,786511,00.html
    HARPS-Studie (engl.): http://www.eso.org/public/news/eso1134/
     
  8. #7 tritium, 09.11.2011
    tritium

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    Neue und alte Planeten

    Mit den Planeten KIC 10905746 b und KIC 6185331 b haben die PlanetHunters ihre ersten Funde gemacht. Bei dem Projekt PlanetHunters handelt es sich um ein sog. citizen-science Projekt, bei dem wissenschaftliche Beobachtungsdaten von "normalen" Menschen ausgewertet werden. Im konkreten Fall werden Lichtkurven des Kepler-Teleskops analysiert. Das Projektteam von der NASA benutzt zum Aufspüren der Planeten eine Reihe von automatisierten Verfahren, Mustererkennung ist aber nach wie vor eine Domäne des Menschen. Deshalb werden alle Lichtkurven von Freiwilligen noch einmal von Hand überprüft. Anfangs wurden damit nur die Ergebnisse der automatisierten Auswertung bestätigt, mittlerweile hat man aber eine größere zweistellige Anzahl an Kandidaten gefunden, die den Computern entgingen. Zwei davon wurden bereits genauer untersucht, wobei die Planeten bestätigt werden konnten. Wer mitmachen will, der melde sich unter www.planethunters.org/
    (die Entdecker wurden übrigens als Co-Autoren der Studie benannt)



    Eine andere Entdeckung hat zwar nichts mit Kepler zu tun, ist aber trotzdem ganz interessant: Ab dem Jahre 2007 wurden durch direkte Abbildung mit bodengebundenen Teleskopen um den Stern HR8799 vier Planeten entdeckt. In den letzten Jahren hat man auch wegen solcher Funde viel Arbeit in neue Methoden digitaler Bildverarbeitung gesteckt und dabei große Fortschritte gemacht. Neben der direkten Anwendung auf aktuelle Programme ließ man die neuen Techniken auch auf die Archive los. Dabei gelang es, das System HR8799 auf einer alten Hubble-Aufnahme von 1998 sichtbar zu machen. Dies zeigt, was mit einer ausgeklügelten Datenverarbeitung möglich ist, aber auch wie stark die moderne Astronomie von solchen Dingen abhängig ist.

    http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2011/29/full/ (engl.)

    Die Hubble-Aufnahme vor (links) und nach der Bearbeitung (mitte). Rechts: Schematische Darstellung des Systems HR8799
    Bild: NASA, ESA, and R. Soummer (STScI)
     

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  9. mcnoch

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    Kepler-Mission in Schwierigkeiten

    Die Kepler-Mission der NASA zum Aufspüren sogenannter Exo-Planeten (Extrasolarer Planeten), also Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, hat seit einigen Wochen ein Problem.
    Um die Exo-Planeten finden zu können, muss das Teleskop den anvisierten Sonnen höchst genau folgen, damit die Abdimmung des Sonnenlichtes während der Passage eines in ihrem Orbit befindlichen Planeten entdeckt und genau aufgezeichnet werden kann. Um diese Präzession zu erreichen hatte der Satellite bislang vier kreiselbasierende Lagekontrollsysteme im Einsatz. Davon ist nun eines ausgefallen bzw. wegen steigender Drehwiderstände abgeschaltet worden. Zwar kann die Mission auch noch mit drei dieser Lagekontrollsystemen weiter funktionieren, aber alle vier Systeme sind baugleich und die gleiche Zeit im Einsatz. Sollte es also zu einem Verschleiß-bedingten Ausfall gekommen sein, so droht dies potenziell auch den anderen Systemen, für die es keine Redundanz mehr gibt. Die NASA hat nun die Betriebsvorgaben für diese Kreiselsysteme geändert. Man wird sie nun besonders gut warm halten und unnötige mechanische Beanspruchungen vermeiden, auch wenn dies ggf. mehr Treibstoff kostet oder die wissenschaftliche Ausbeute vermindert. Ein außerplanmäßiges Ende der Mission würde die NASA hart treffen. Der im März 2009 Satellit hat zwar mittlerweile mit 3,5 Jahren seine nominelle Einsatzzeit erreicht, aber diese Einsatzzeit wird nur als Minimalziel angesehen. Um sein Beobachtungsfeld einmal komplett abzusuchen wäre ein wissenschaftlicher Betrieb bis Ende 2016 unbedingt erforderlich. Die Einsatzzeiten sind bei der NASA ja seit einiger Zeit so kurz gesteckt, dass alle Missionen ein recht sicherer Erfolg werden, da alles andere die Finanzierung zukünftiger Missionen gefährden würde, aber die wissenschaftliche Gemeinschaft stellt andere, längere Erwartungen an diese Missionen und würde einen Ausfall in naher Zukunft als Versagen der Mission ansehen, obwohl sie auch aus wissenschaftlicher Sicht viel erfolgreicher war, als alle gedacht haben. Es hängt für die wissenschaftlichen Partner solcher Missionen halt immer von einer wissenschaftlich vollständigen Abarbeitung der Aufgabe ab, als für die Techniker.
     
  10. mcnoch

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    Kepler-Mission in Schwierigkeiten

    Nachdem die erste Pflicht-Phase im November 2012 erfolgreich abgeschlossen worden ist, hatte man der Mission eine Verlängerung gegönnt, die nun aber möglicherweise ihr vorzeitiges Ende findet, denn kürzlich ist nach ersten Analysen auch das zweite kreiselbasierende Lagekontrollsysteme ausgefallen, dem Satelliten verbleiben nun nur noch zwei dieser Systeme, die für die erforderliche hohcgenaue Positionierung nicht mehr ausreichen. Man wird in den nächsten Wochen den Satellit weiter genau beobachten, um bestimmte andere mögliche Ursachen für die Störung auszuschließen und ggf. einen Lösungsweg zu erarbeiten, aber wenn sich die derzeitige Arbeitshypothese weiter bestätigt ist die Mission am Ende. Dies wird die Suche nach weiteren Exoplaneten verlangsamen. Man hat zwar noch größere Datenbestände auszuwerten, aber die Qualität der Daten war bislang unübertroffen. Die NASA muss jetzt nach einer Ersatzlösung suchen, wenn man an dem Thema weiter erfolgreich dranbleiben will.

    http://www.spacedaily.com/reports/Critical_Kepler_Reaction_Wheel_Fails_Mission_End_In_Sight_999.html
     
  11. mcnoch

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    AW: Kepler-Mission in Schwierigkeiten

    Totgesagte leben länger! Kepler konnte mit viel "Geduld und Spucke" und einer gehörigen Portion Ignoranz gegenüber der NASA-Entscheidung die Kepler-Mission zu beenden, über einen Workaround wieder zum Leben erweckt werden. Ab Ende des Monats ist sogar wieder ein beschränktes wissenschaftliches Programm, "K2" getauft, möglich. Dieses ist für zwei Jahre ausgelegt, wird aber nach 88 Tagen immer wieder Unterbrechungen haben, da die Stabilisierung und genaue Positionierung über den Workaround dies erforderlich macht.
     
  14. mcnoch

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    Aufgrund der Kepler Daten gibt es den Verdacht, das der Stern KIC 8462852 von etwas umkreist wird, was in kein natürliches Astronomisches Schema passt. Es gibt seit einigen Tagen eine veröffentlichte Arbeit, die wegen der Nichterklärbarkeit auch eine Dyson Megastrutur für möglich hält. Ein riesiges künstliches Objekt, das dazu dient die Energie des Stern zu „melken“, es wird in den nächsten Monaten / Jahren versucht entweder eine natürliche Ursache zu finden und es wird sehr genau hingesehen / hingehört was da wohl los ist, unter anderem von SETI.
    Die Wahrscheinlichkeit, dass es Alien sind ist gering zur Zeit aber wir waren noch nie so dicht dran, was man daran sieht das selbst Astronomen es nicht ausschließen.

    http://www.dailymail.co.uk/sciencet...ded-Dyson-sphere-built-extraterrestrials.html
     
  16. mcnoch

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    Naja, wie soll man etwas ausschließen, wenn man keine Idee hat, was es sein könnte. Es gibt noch so vieles, was wir nicht wissen oder verstanden haben, selbst hier auf der Erde, dass ich es schon etwas vermessen finde, immer gleich "Alien" zu schreien, nur weil mal wieder etwas anders ist als erwartet. Herje, wir bauen ja neue Instrumente um neue, bislang nicht bekannte Dinge zu finden und dann zu erforschen. Ich gönne den Astronomen ja das bisschen zusätzlicher Aufmerksamkeit, aber mein Blutdruck erhöht sich deshalb kein bisschen.
     
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  17. GorBO

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    Naja das Alien-Geschwurbel kurbelt halt die öffentliche Aufmerksamkeit an. Zumindest lesen dann deutlich mehr den Artikel, als wenn nur von astrophysikalischen Phänomenen geschrieben wird. Den interessierten sachkundigen Laien schreckt das aber doch eher ab. Und so hatte ich, als mich ein Kollege auf diesen n-tv Artikel hinwies, auch gleich eine Abwehrhaltung. In der "Spektrum der Wissenschaft" wird es sich mit Sicherheit anders lesen.
    Interessant ist das aber schon. Ich bin gespannt auf die SETI-Ergebnisse, auch wenn ich davon ausgehe, dass man nichts hören wird und dann auch nichts mehr in den News davon zu lesen sein wird.
     
  18. mcnoch

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    Als man die neue Keppler-Mission K2 starten wollte, stellte man fest, dass sich das Teleskop schon seit einigen Tagen im Notfall-Modus befindet.
    Derzeit laufen Analysen, was dazu geführt hat, dass sich der Satellit in den Notfall-Modus geschaltet hat und warum es keiner auf der Erde mitbekommen hat.

    http://www.heise.de/newsticker/meldung/Weltraumteleskop-Kepler-im-Notfallbetrieb-3166719.html

    Der Heise-Text dazu ist etwas wirr. Der Notfall-Modus verbraucht durch das Abschalten aller wissenschaftlichen Instrumente zwar weniger Strom, verbraucht aber durch das ständige Repositionieren des Satelliten zur Erzielung einer optimalen Antennenposition zur Erde deutlich mehr Treibstoff als sonst. Das keiner gemerkt hat, dass der Satellit im Notfall-Modus ist, liegt auch nicht an der Signal-Laufzeit von 13 Minuten, sondern weil keiner den Satelliten überwacht hat, weil das alte Programm (und damit das Budget) abgelaufen war und das neue Programm gerade erst begonnen hat und somit wieder Budget für Operator-Überwachung zur Verfügung steht. Soviel zum schon andernorts von mir angesprochenen Thema "Sorglostigkeit im Umgang mit Satelliten".
     
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    Kepler läuft wieder im Normalmodus.
     
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    Mit etwas Verspätung hat das Kepler Teleskop seine Arbeit wieder aufgenommen. Nachdem die Daten für die neue Campaign 9 (C9) wegen der Störung angepasst und erneut hochgeladen wurden, blickt das Teleskop nun in Richtung des Zentrums unserer Milchstraße. Bis zum Anfang Juli wird Kepler diese Region ablichten und Daten sammeln, die dann mit denen von erdgebundenen Teleskopen verglichen werden können. So wollen die Forscher Exoplaneten entdecken, die deutlich weiter von einem dahinter liegenden Stern entfernt liegen, als die bisher entdeckten.

    http://www.heise.de/newsticker/meld...-Kepler-sucht-wieder-Exoplaneten-3182899.html
     
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