Tanz mit den Sternen – CHEOPS- und TESS-Weltraumteleskope entdecken synchronisierte planetare Umlaufbahnen

Das Interesse an der Astronomie wächst, von den Plänen von SpaceX (SPCX ) für bemannte Marsmissionen bis zu den Beobachtungen des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST). Am 29. November 2023 meldeten Astronomen die Entdeckung von sechs Planeten, die durch eine Kette von Bahnresonanzen verbunden sind, vergleichbar mit einem präzisen Walzer. Diese Studie löste ein komplexes Rätsel durch internationale Zusammenarbeit, darunter Teams der Universitäten Bern und Genf.

Das HD110067‑System

Die sechs Planeten umkreisen den Stern HD 110067. Benachbarte Paare bilden eine Resonanzkette von 3:2, 3:2, 3:2, 4:3 und 4:3. Die ersten TESS-Daten lieferten die Umlaufzeiten der beiden innersten Planeten. CHEOPS bestätigte die Periode des dritten; Modelle der gravitativen Wechselwirkungen, bodengebundene Beobachtungen und eine erneute Auswertung der TESS-Daten halfen, die übrigen Bahnen zu bestimmen.

Die Verhältnisse beziehen sich auf Umläufe um den Stern, nicht auf die Drehung der Planeten um ihre eigene Achse. Bei einer 3:2-Resonanz vollendet der innere Planet ungefähr drei Umläufe, während der äußere zwei schafft. Es handelt sich um einen dynamischen Zusammenhang, nicht um die perfekte Gleichheit jeder gemessenen Periode.

Hugh Osborn erläuterte 2023, dass unter den damals mehr als 5.000 bekannten Exoplaneten weder Resonanzen noch Systeme mit mehreren Planeten selten seien.

Äußerst selten sei dagegen eine Resonanzkette, die sich über sechs Planeten erstreckt. — Dr. Hugh Osborn, CHEOPS-Forscher an der Universität Bern

Für entsprechende Zeitintervalle lassen sich die Verhältnisse durch folgende idealisierte Beziehungen veranschaulichen:

• 3 Umläufe des ersten Planeten ≈ 2 Umläufe des zweiten
• 3 Umläufe des zweiten Planeten ≈ 2 Umläufe des dritten
• 3 Umläufe des dritten Planeten ≈ 2 Umläufe des vierten
• 4 Umläufe des vierten Planeten ≈ 3 Umläufe des fünften
• 4 Umläufe des fünften Planeten ≈ 3 Umläufe des sechsten

Der helle Stern macht das System zu einem wichtigen Ziel für Untersuchungen der Atmosphären und Zusammensetzung seiner Planeten. Alle sechs sind kleiner als Neptun. Die geschätzten geringen Massen deuten darauf hin, dass sie reich an Gas oder Wasser sein könnten. Weitere Beobachtungen etwa mit JWST können ihre Eigenschaften klären; die Entdeckung allein belegt keine lebensfreundlichen Bedingungen.

Nutzung der Transitmethode mit Teleskopen

Die Entdeckung beruht vor allem auf der Transitmethode, mit der Planeten außerhalb unseres Sonnensystems gesucht werden. Astronomen messen die Helligkeit von Sternen und suchen nach kleinen periodischen Abnahmen. Diese können entstehen, wenn ein Planet vor dem Stern vorbeizieht und einen kleinen Teil seines Lichts verdeckt.

*Bild nur zu Illustrationszwecken*

Beobachtung des Sternlichts: Astronomen messen die Helligkeit von Sternen über längere Zeit mit Weltraumteleskopen wie Kepler und TESS oder mit bodengebundenen Instrumenten. Zahl der Ziele und Beobachtungsprogramme unterscheiden sich je nach Mission.

Transitereignisse: Bei geeigneter Bahnausrichtung zieht ein Planet zwischen Stern und Beobachter hindurch. Er verdeckt einen kleinen Teil der sichtbaren Sternoberfläche, wodurch die gemessene Helligkeit geringfügig sinkt.

Regelmäßige Helligkeitsabnahmen: Wiederholte Abnahmen können auf Planetentransits hindeuten, doch andere Erklärungen müssen ausgeschlossen werden. Die Transittiefe hängt vor allem vom Quadrat des Verhältnisses zwischen Planeten- und Sternradius ab. Ist die Größe des Sterns bekannt, lässt sich die des Planeten schätzen.

Umlaufzeit und Entfernung: Der Abstand aufeinanderfolgender Transits zeigt die Umlaufzeit. Zusammen mit der Sternmasse lässt sich daraus mithilfe der Keplerschen Gesetze die Größe der Umlaufbahn abschätzen.

Erforderliche Ausrichtung: Die Bahn muss nahezu mit unserer Sichtlinie ausgerichtet sein, damit der Planet vor der sichtbaren Sternscheibe vorbeizieht. Andernfalls ist sein Transit mit dieser Methode nicht nachweisbar.

Größe und Atmosphäre: Transits helfen bei der Messung des Planetenradius. Bei geeigneten Zielen liefert die spektroskopische Untersuchung von Sternlicht, das durch die Atmosphäre gelangt, Hinweise auf deren Zusammensetzung.

Nachbeobachtungen: Nach dem Fund eines Planetenkandidaten sind häufig weitere Beobachtungen und Analysen nötig, um den planetaren Ursprung des Signals zu bestätigen und das System genauer zu untersuchen.

Die Methode hat zur Entdeckung Tausender Exoplaneten beigetragen. Sie begünstigt sternnahe Planeten, weil deren Transits häufiger sind und eine geeignete Ausrichtung wahrscheinlicher ist. Eine nahe Umlaufbahn liegt nicht automatisch in der habitablen Zone; diese hängt vom Stern und der Strahlung ab, die der Planet empfängt.

Weltraumteleskope

JWST ist nicht das einzige Weltraumteleskop der Astronomie. Für die Entdeckung dieses Systems waren die beiden folgenden Missionen besonders wichtig.

CHEOPS — Satellit zur Charakterisierung von Exoplaneten:

CHEOPS wurde 2019 als gemeinsame Mission der ESA und der Schweiz gestartet, mit Beiträgen weiterer europäischer Länder. Er beobachtet bekannte Planeten um helle Sterne und misst ihre Radien präzise. Liegen unabhängige Massenmessungen vor, lässt sich die mittlere Dichte berechnen und die Zusammensetzung eingrenzen.

*Bild nur zu Illustrationszwecken*

CHEOPS konzentriert sich vor allem auf Planeten zwischen Erd- und Neptungröße, darunter viele Entdeckungen anderer Missionen. Er beobachtet jeweils einen Zielstern und misst dessen Helligkeitsabnahme während eines Transits.

TESS — Satellit zur Suche nach Exoplaneten mittels Transits:

TESS wurde 2018 gestartet und ist eine NASA-Mission. Anders als CHEOPS mit seinen gezielten Messungen bekannter Planeten sucht TESS neue Planeten um helle, nahe Sterne, darunter erdgroße Planeten und Supererden.

TESS unterteilt seine Himmelsdurchmusterung in Sektoren, die normalerweise jeweils rund 27 Tage beobachtet werden; in einigen überlappenden Gebieten ist die Abdeckung länger. Er fand Tausende Kandidaten, nicht ausschließlich bestätigte Planeten. Die NASA meldete am 6. September 2023 insgesamt 6.788 Kandidaten und 383 bestätigte Planeten. Helle Sterne erleichtern spätere Untersuchungen.

Die Missionen ergänzen sich: CHEOPS vermisst Eigenschaften bekannter Planeten, während TESS neue Kandidaten für Bestätigung und Detailstudien liefert. Ihre Ergebnisse erweitern das Verständnis von Planetensystemen und unterstützen die langfristige Suche nach möglicherweise lebensfreundlichen Welten.

Industrieakteure

Wissenschaft und Raumfahrttechnik ermöglichen die Erforschung des Raums jenseits der Erde. Die folgenden Unternehmen werden im Kontext des Artikels von 2023 vorgestellt; alte Finanzzahlen sind keine aktuellen Anlageempfehlungen.

*Die Tabellen zeigen historische Zahlen aus dem Artikel von 2023, gegebenenfalls in US-Dollar. Eingebettete Aktienkurse und Charts können sich unabhängig davon aktualisieren. Ein negatives KGV darf nicht wie ein gewöhnliches Bewertungsverhältnis auf Grundlage positiver Gewinne ausgelegt werden.*

Im Kontext von 2023 börsennotierte Unternehmen

1. Northrop Grumman Corporation

NOC Preisdiagramm

Northrop Grumman Corporation (NOC ) ist ein US-Unternehmen für Raumfahrt- und Verteidigungstechnik. Es war Hauptauftragnehmer des James-Webb-Teleskops und arbeitet an Satelliten, Trägerraketen sowie Dienstleistungen und Versorgung für die Internationale Raumstation. Investitionen in neue Technologien gehören zu seinem breiten Luftfahrt-, Raumfahrt- und Verteidigungsportfolio.

2. Lockheed Martin Corporation

LMT Preisdiagramm

Lockheed Martin Corporation (LMT ) entwickelt und baut Raumfahrzeuge und Satelliten und ist ein bedeutender NASA-Auftragnehmer. Das Unternehmen baut Orion für Artemis-Missionen jenseits der niedrigen Erdumlaufbahn. Seine Marsbeiträge umfassen Lander, Orbiter und schützende Aeroshells für Rovermissionen, nicht die Herstellung sämtlicher kompletter Rover. Weitere Tätigkeiten sind Satellitenkommunikation, Exploration und Raketenabwehr.

3. Boeing Company

BA Preisdiagramm

Boeing blickt auf eine lange Geschichte bei Satelliten und Raumfahrzeugen zurück. Das Unternehmen ist wichtiger Partner der Internationalen Raumstation und entwickelte 2023 CST-100 Starliner für den Besatzungstransport in die niedrige Erdumlaufbahn. Dies beschreibt das damalige Programm, keinen bereits laufenden regelmäßigen Betrieb. Die Raumfahrtaktivitäten sind Teil des breiteren Unternehmensportfolios.

2023 nicht börsennotierte Unternehmen

SpaceX

SpaceX unter Leitung von Elon Musk war beim Verfassen des Artikels 2023 nicht börsennotiert. Später erfolgte am 12. Juni 2026 die Notierung an der Nasdaq unter SPCX. Aktuelle eingebettete Kurse sind von dieser historischen Beschreibung zu unterscheiden.

Wiederverwendbare Raketen sind wesentlich für die Strategie von SpaceX, den Zugang zum Weltraum günstiger zu machen. Falcon und Dragon unterstützen Fracht- und Besatzungsmissionen zur ISS. Starlink entwickelt Kommunikation über eine Satellitenkonstellation; Starship wird für weiterreichende Missionen einschließlich langfristiger Marspläne entwickelt.

Die Fortschritte machen SpaceX zu einem wichtigen Unternehmen der Raumfahrt. Die Marspläne bleiben Ziele mit technischen und betrieblichen Herausforderungen; technologisches Interesse garantiert keine Anlagerendite.

Blue Origin

Fazit

Die Erforschung von Systemen wie HD 110067 vertieft das Verständnis der Entstehung und Entwicklung von Planeten. Grundlagenforschung und Technik können sich gegenseitig fördern. Diese konkrete Entdeckung belegt jedoch nicht direkt die Machbarkeit bemannter Marsflüge oder kommerziellen Asteroidenbergbaus.