Heiße Welten im Visier

Die Europäische Weltraumagentur ESA hat das Weltraum­observatorium ARIEL als neue Exo­planeten­mission mit geplantem Start im Jahr 2028 ausgewählt. Das Institut für Astro­physik der Universität Wien ist maßgeblich an der Mission beteiligt. ARIELs Ziel ist es, fundamentale Fragen zur Entstehung und Evolution von extra­solaren Planeten­systemen zu beantworten. Während ihrer vier­jährigen Mission wird ARIEL 1000 Planeten in der Umlauf­bahn um andere Sterne beobachten und die chemische Zusammen­setzung von Planeten­atmosphären untersuchen.

ARIEL wurde in einem internationalen Konsortium von über sechzig Instituten aus 15 ESA-Mitglieds­staaten, darunter Öster­reich, entwickelt. Der Leiter der Öster­reichischen Beteiligung, Manuel Güdel von der Universität Wien, sagt: „Auch wenn wir bisher zirka 3800 Exo­planeten entdeckt haben, so bleiben ihre Eigenschaften und ihre Zusammen­setzung noch immer rätselhaft. ARIEL wird eine genügend große Anzahl dieser Planeten untersuchen, um die komplexen chemischen Vorgänge in ihren Atmosphären zu charakterisieren. Damit können wir die Frage beantworten, wie diese Planeten um andere Sterne aufgebaut und wie sie entstanden sind."

ARIEL wird verschiedene Planeten in der Größe von Jupiter oder Neptun sowie Supererden beobachten. „Der Stern selbst, und insbesondere seine Magnet­felder mit seiner Ultra­violett- und Röntgen­strahlung, sind mit­verantwortlich dafür, wie sich Atmosphären verhalten und entwickeln", erklärt Theresa Lüftinger, ebenfalls vom Institut für Astro­physik der Universität Wien.

Warme und heiße Exoplaneten in einer engen Umlauf­bahn um ihren Stern stehen im Zentrum der Aufmerksamkeit der ARIEL-Mission. Gerade auf solchen Planeten lässt sich die Atmosphären­chemie besonders gut untersuchen. Die bis zu 2000 Grad heißen Atmosphären­schichten lassen die verschiedenen Moleküle optimal zirkulieren und hindern sie am Absinken in tiefe Schichten oder an der Bildung von undurch­sichtigen Wolken. Umgekehrt steigen auch Moleküle aus tiefen Schichten des Planeten in die obere Atmosphäre hinauf, womit sie von ARIEL detektiert werden können und damit Aufschluss über den Aufbau und die Entstehungs­geschichte des Planeten geben.

ARIEL wird mit einem metergroßen Spiegel­teleskop sichtbares Licht und Infra­rot­licht von Sternen aufnehmen. Ein Spektrometer sucht nach Atmosphärengasen, die sichtbar werden, sobald der Planet an seinem Stern vorüberzieht. Bei der Analyse kommt die Instrumenten­expertise des Instituts für Astro­physik zum Tragen. „Die mit Ariel geplanten Messungen von Spektren von Exo­planeten­atmosphären sind nur durch das von uns entwickelte hoch­genaue Nachführ­system des Teleskops möglich. Die kleinste Abweichung in der Ausrichtung des Instruments würde die schwachen Planeten­signale verschmieren", sagt der Verantwortliche für die Software­entwicklung, Roland Ottensamer.

ARIEL wird nach derzeitiger Planung im Jahr 2028 vom Weltraum­bahnhof Kouru in Französisch-Guayana gestartet und in einer Distanz von rund 1,5 Millionen Kilometern von der Erde geparkt. Dort wird der Satellit vom Sonnen­licht abgeschirmt. Die Mission ist eine weitere in einer Reihe von astro­physikalischen Observatorien mit Wiener Beteiligung. Franz Kerschbaum, Leiter der Weltraum­instrumentierungs­gruppe: „Wir können bei ARIEL auf unsere in den letzten zwei Jahr­zehnten aufgebaute Erfahrung im Bereich von Flug­software für Weltraum­missionen aufbauen. Damit sind wir für viele internationale Teams erste Ansprech­partner für solche Problem­stellungen geworden."

U. Wien / DE