von Ruth Titz-Weider (DLR), August 2024
Kepler ist eine Mission der NASA, benannt nach dem deutschen Astronom Johannes Kepler (1571-1630). Wie die bisherigen und zukünftigen Weltraummissionen auf der Suche nach Exoplaneten – CoRoT, TESS, CHEOPS und PLATO – benutzt Kepler die Transitmethode. Damit eine Suche nach einer winzigen, regelmäßigen Verdunklung Erfolg hat, beobachtet man sehr viele Sterne gleichzeitig und zeichnet ihre Intensität auf. Ziel der Mission war es, erdgroße Planeten in der lebensfreundlichen Zone von sonnenähnlichen Sternen zu finden und daraus die Häufigkeit für ihr Vorkommen abzuschätzen, also eine Statistik der Verteilung.
Missionsverlauf
Kepler wurde am 7. März 2009 mit einer Delta-Trägerrakete von Cape Canaveral gestartet und war bis Oktober 2017 im Einsatz. Das Teleskop arbeitete mit der erwarteten räumlich genauen Ausrichtung und beobachtete fast fünf Jahre lang ein Feld mit etwa 190.000 Sternen im Sternbild Schwan. In diesen Daten wurden Hunderte von Transitplaneten gefunden. Im Mai 2013 fielen zwei der vier Antriebsräder aus, die unabdingbar zur präzisen Ausrichtung des Teleskops waren. Eine jahrelange Beobachtung eines Feldes war damit nicht mehr möglich und die Hauptmission wurde im August 2013 offiziell beendet.
Künstlerische Darstellung des Kepler-Satelliten mit den Beobachtungsfelder der K2-Mission, die alle in der ekliptischen Ebene lagen. Quelle: NASA/Ames/JPL-Caltech
In der Fokalebene des Kepler-Teleskops war ein Mosaik aus 42 CCDs mit je 1024×2024 Pixel montiert. Quelle: NASA/Kepler Mission
Blickfeld
Das Kepler-Teleskop hatte ein sehr großes Blickfeld, etwa 12° Kantenlänge. Das entspricht ungefähr der Fläche, die man mit ausgestreckter Faust vom Himmel abdeckt. In den ersten fünf Jahre, während der nominellen Mission hat das Teleskop ununterbrochen auf ein Feld im Sternbild Schwan geschaut und dabei rund 190.000 Sterne beobachtet.
Das Feld, das das Kepler-Teleskop fast vier Jahre lang ununterbrochen beobachtet hat, lag im Sternbild Schwan. Quelle: Carter Roberts / Eastbay Astronomical Society
Im zweiten Missionsabschnitt, der K2-Mission, in dem man das Teleskop nicht mehr präzise für längere Zeit ausrichten konnte, hat man Felder entlang der Ekliptik beobachtet.
Orbit
Kepler bewegte sich nicht um die Erde, sondern mit der Erde um die Sonne. Dabei war der Abstand weiter als der der Erde und die Umlaufzeit betrug 375 Tagen. Der Satellit brauchte also etwas länger als die Erde, um die Sonne zu umrunden und entfernte sich so im Laufe der Jahre. Der Vorteil eines solchen Orbit ist es, dass der Satellit nie von der Erde verdeckt wurde und nur geringen Störeinflüssen ausgesetzt war.
Ergebnisse
Kepler hat mehrere tausend Planetenkandidaten entdeckt, von denen die meisten auch bestätigt wurden. Darunter ist Kepler-22b, eine Super-Erde mit 290 Tagen Umlaufzeit, der in der habitablen Zone eines sonnenähnlichen Sterns liegt, und dessen erster Transit kurz nach Beginn der Mission 2009 registriert wurde. oder der das Planetensystem Kepler-187 mit Kepler 187f mit 130 Tagen Umlaufzeit und einem Radius von 1,1 Erdradien. Ein anderer Fund ist das Planetensystem Kepler-90 mit acht Planeten, ähnlich angeordnet wie im Sonnensystem – die kleinen dicht am Stern, die größeren außen – aber alles würde in den Bereich der Erdbahn passen, ein geschrumpftes Planetensystem.
Der Exoplanet Kepler-186f ist etwa so groß wie die Erde und bewegt sich in der lebensfreundlichen Zone seines Sterns. Quelle: NASA / Ames / SETI Institute / JPL-Caltech
Die große Anzahl von entdeckten Planeten und deren Radius erlaubt die Statistik über die Größenverteilung und die Häufigkeit. Allerdings kann man für vielen dieser Kepler-Planeten keine Masse angeben. Das liegt daran, dass die entsprechenden Sterne nur sehr schwach erscheinen und damit keine Nachfolgemessungen möglich sind. Durch Nachfolgemessungen mit der Radialgeschwindigkeitsmethode könnte man die Masse des Planeten herausfinden und damit seine mittlere Dichte bestimmen, die eine erste Einordnung erlaubt, ob es sich um einen Gesteins- oder Gasplaneten handelt.
