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
•
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•
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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
•
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•
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
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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!
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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:
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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 << Kepler 10c, in „Sterne und Weltraum“, 7/2011,
Kepler 11 – ein Planetensystem an der Grenze zum Chaos, in „Sterne und Weltraum“, 4/2011
Die Kepler – Planeten, in „Sterne und Weltraum“, 4/2011
Kepler 62: Zwei Supererden in der lebensfreundlichen Zone?, in „Sterne und Weltraum“, 6/2013
Welt der Extreme: Kepler-78b, in „Sterne und Weltraum“, 1/2014
Ein kompaktes Planetensystem um KOI 351, in „Sterne und Weltraum“, 1/2014
http://www.bild.de
Exoplaneten: Anzahl anhand von Keplers Kandidaten, in „Sterne und Weltraum“, 8/2013
http://www.heise.de
http://www,google bilder.de