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Anonim

Zwei neu entdeckte Planeten (Vordergrund) umkreisen den Doppelstern NN Serpentis.

Mit freundlicher Genehmigung von Stuart Littlefair / Univ. von Sheffield

Eine Reise, die vor vier Jahrzehnten begann, bevor Columbus in die Neue Welt segelte, endete schließlich, als das Weltraumteleskop von Kepler ein paar fehlerhafte Photonen einfing, als sie auf dem Weg ins Unendliche an der Erdumlaufbahn vorbei schossen. Das Licht war 560 Jahre lang durch den Weltraum geschossen und war mehr als drei Billiarden Meilen von einem Stern entfernt, der unserer Sonne ähnelt. Von Keplers digitalen Sensoren erfasst, in Datenbytes umgewandelt und auf Computer im Ames Research Center der NASA in der Nähe von San Francisco heruntergeladen. Das verarbeitete Sternenlicht enthüllte langsam eine bemerkenswerte Geschichte: Ein Planet, der nicht viel größer war als die Erde, peitschte herum Sein einheimischer Stern in einem rasenden Tempo und vollendete eine Umlaufbahn - seine Version eines Jahres - in etwas mehr als 20 Stunden.

Abgesehen von seiner Größe hat der Planet wenig Ähnlichkeit mit der Erde. Es kreist so nahe an seinem Stern, dass seine Oberflächentemperatur wahrscheinlich mehr als 2.500 Grad Fahrenheit überschreitet und heiß genug ist, um Eisen zu schmelzen. Trotzdem war die Entdeckung des Planeten ein technischer und intellektueller Coup, ein Ritus für Kepler. Der Planet, Kepler-10 b genannt, als die NASA im vergangenen Januar seine Existenz ankündigte, war die kleinste Welt, die bisher außerhalb unseres Sonnensystems gefunden wurde. Seine Entdeckung bewies, dass die im März 2009 gestartete Kepler-Sonde tatsächlich das tun konnte, was ihre Designer kühn versprochen hatten: kleine, erdgroße Planeten um ferne Sterne zu finden, eine Aufgabe, die einst so schwierig schien, an das Absurde zu grenzen.

Kepler-10 b war lediglich eine Vorschau. Einen Monat nach der Ankündigung vom Januar veröffentlichte die NASA ihren ersten vollständigen Datensatz der Kepler-Mission, und die Ergebnisse zwangen die Astronomen nach Superlativen. "Ehrlich gesagt, wir sind überwältigt", sagt Geoff Marcy, ein Astronom an der University of California in Berkeley und Mitglied des Kepler-Teams. „Was die NASA macht, ist den transozeanischen Reisen des 15. Jahrhunderts ähnlich - den Reisen, die die ganze Welt geöffnet haben. Mit dem Kepler-Teleskop lernen wir die Eigenschaften von Planeten über dem kosmischen Ozean kennen. Das ist Geschichte. Es ist Armstrong, der von der untersten Sprosse tritt. "

Kepler überwacht 156.000 Sterne, weniger als 0, 0001 Prozent der Bevölkerung der Galaxie. Wie bei einigen kosmischen Wildkatzenbohrungen hat Kepler in den ersten vier Monaten des Bestehens einen Schwall getroffen und dabei 1.235 mögliche neue Welten entdeckt. Diese Zahl verdoppelt die bisherige Summe von knapp über 500, die in den letzten 16 Jahren sorgfältig gesammelt wurde. Vor 1992 war es einfach, alle bekannten Planeten um andere Sterne wie die Sonne zu verfolgen - die Zählung stand auf einer Null.

Der Großteil der Daten von Kepler wurde noch nicht untersucht, und die Mission wird noch mindestens zweieinhalb Jahre andauern. Aber es zerreißt bereits die Lehrbücher und zeigt, dass unsere Galaxie (zumindest der Bruchteil, den das Raumfahrzeug sieht) eine viel exotischere Auswahl an Planeten enthält, als die Astronomen erwarten würden. "Wir lernen über eine Vielfalt von Welten in unserem Universum, von denen wir vorher keine Ahnung hatten", sagt Marcy. „Rocky Planets, ja, wir dachten, dass es einige davon gibt. Wir finden übrigens felsige Planeten, die noch dichter als die Erde sind. Aber wir finden auch diese Mini-Neptunes, eine Klasse von Planeten, für die wir in unserem Sonnensystem keine Beispiele haben. Sie sind wie kleine Neptunes, haben aber riesige Mengen an flüssigem Wasser um einen felsigen Kern. “

Auf der Liste stehen auch 67 Planeten, die ungefähr so ​​groß wie die Erde sind. Geben oder nehmen Sie tausend Meilen im Radius; 288 "Super-Earths" bis zum doppelten Erddurchmesser; 662 Planeten in Neptungröße; und 184 Giganten, die in der Größe mit Jupiter konkurrieren oder diese übertreffen. Die einfachen Statistiken von Kepler besagen, dass Planeten in Erdgröße weit verbreitet sind. Aber wie William Borucki, der Chef des NASA-Kepler-Teams, hervorhebt, bedeutet Erdgröße nicht erdähnlich. Viele davon sind unwirtliche, röstheiße Welten.

Die interessanteste Entdeckung von Kepler ist, dass 53 dieser rund 1.200 Planeten in den lebensfreundlichen „Goldilocks“ -Zonen ihrer Sterne wohnen, in Regionen, in denen die Temperaturen für flüssiges Wasser genau richtig - nicht zu kalt und nicht zu heiß - wären. Wo Wasser ist, denken Wissenschaftler, könnte es Leben geben. Vier dieser Goldilock-Planeten haben eine Größe von überirdischer Größe oder kleiner, was bedeutet, dass sie tatsächlich unserem eigenen Zuhause ähneln könnten. Selbst die riesigen Welten können Hoffnung geben. "Einige der Jupiter-großen Planeten könnten denkbar erdgroße Monde haben, und diese Monde würden sich natürlich auch in der bewohnbaren Zone befinden", sagt Borucki.

Nur zwei Jahre nach seiner Mission ist Kepler auf dem besten Weg, festzustellen, ob Planeten wie die Erde selten oder gemeinsam sind. Aber das ist nur der erste Domino, als Wissenschaftler versuchen, die viel größeren Fragen zu stürzen, die Arten, die die Haare im Nacken aufstellen. Existiert das Leben auf anderen Planeten? Sind Planeten mit Leben gemeinsam? Gibt es noch andere intelligente Wesen da draußen?

Zum ersten Mal haben wir die Chancen im Griff, und die Zahlen, die von Kepler heraufgestrahlt werden, sind nicht nur ermutigend, sondern umwerfend. "Unsere Galaxie enthält 200 Milliarden Sterne", sagt Marcy. „Ich würde vermuten, dass mindestens 30 Prozent von ihnen einen Planeten in Erdgröße haben. Also 30 Prozent von 200 Milliarden, das sind mindestens 60 Milliarden Planeten in Erdgröße, nur in unserer Galaxie. “

Als Astronomen in den 1990er Jahren begannen, Planeten um andere Sterne zu finden, erwarteten sie voll und ganz, dass sich die allgemeine Struktur unseres Sonnensystems im ganzen Kosmos wiederholt. Kleine, felsige Planeten wie Merkur, Venus, Erde und Mars würden nahe dem Stern umkreisen. Riesige, gasförmige Planeten würden weiter entfernte Umlaufbahnen einnehmen, genau wie Jupiter und Saturn in unserem Sonnensystem.

Die Argumentation schien selbstverständlich. Die Wärme eines Muttersterns würde leichte Elemente wie Helium und Wasserstoff wegsprengen. Nur felsige, stabile Planeten könnten sich in der Nähe bilden; Riesenplaneten würden sich weiter bilden, wo sich Eis und kühle Gase sammeln könnten. Die Astronomen hatten jedoch keine Möglichkeit, ihre Annahmen zu überprüfen, denn im 20. Jahrhundert gab es keine Teleskope, die Planeten um andere Sterne erkennen konnten. Die wenigen Astronomen, die sogar versuchten, nach ihnen zu suchen, schmachten in Dunkelheit und verbrachten jahrelang die erfolglose Suche. Dies war der Stand der Astronomie, als Borucki seine Karriere bei der NASA begann.

Der 72-jährige Borucki ist ein sanftmütiger Mann, geduldig mit Bürokraten und uneingeschränkt von Skeptikern. Eigenschaften, die ihm bei seiner drei Jahrzehnte dauernden Suche nach fremden Welten gut geholfen haben. Ohne ihn gäbe es keine Kepler-Raumsonde, und die Ernte von Planeten hätte in diesem Jahr nicht stattgefunden.

Borucki trat 1962 dem Ames Research Center der NASA bei, direkt von der University of Wisconsin mit einem Master in Physik. Er konnte sich keinen besseren Job vorstellen. Als Junge, der im ländlichen Wisconsin aufwuchs, hatte er selbstgemachte Raketen abgefeuert. Sein erster Einsatz bei der NASA - Erforschung von Hitzeschilden für die Apollo-Mondmissionen - passte perfekt zu ihm. Wie alle anderen, die damals in der Weltraumorganisation gearbeitet haben, träumte Borucki davon, andere Welten zu erkunden. Die NASA Ames war auch das Hauptquartier für SETI, die Suche nach außerirdischer Intelligenz, und Borucki freundete sich mit einem der Gründer von SETI, dem visionären Astronomen Carl Sagan, an.

Nach dem Ende des Apollo-Programms wurde Borucki fasziniert von der Idee, dass erdähnliche Planeten andere Sterne umkreisen könnten. Er war besonders fasziniert von einer Präsentation über die Transitphotometrie, eine theoretische Technik, die es ermöglichen würde, diese Planeten in Sichtweite zu bringen. Das Konzept bestand darin, Teleskope mit extrem empfindlichen elektronischen Lichtdetektoren auszustatten, die den leichten Helligkeitsabfall erfassen könnten, der auftritt, wenn ein Planet vor einem Stern vorbeizieht. Es war eine geniale Idee, aber es war ein Fall von Theorie, die die Technologie übertraf; Die vorhandenen Detektoren waren nicht präzise genug, um solche kleinen Schwankungen des Sternenlichts konstant zu messen.

Borucki begann das Problem in seiner Freizeit zu studieren. 1984 veröffentlichte er einen Aufsatz, in dem er den Plan skizzierte, ein Teleskop in den Weltraum zu bringen, um Planeten außerhalb unseres Sonnensystems zu suchen. Im klaren Vakuum des Weltalls könnten die verzerrenden Auswirkungen der Atmosphäre unseres Planeten vermieden werden.

Im selben Jahr gelang es Borucki sogar, ein bisschen Geld von der NASA zu erhalten, um eine Konferenz zu veranstalten, die sich der Transitphotometrie widmete. Während der Konferenz wiesen einige Wissenschaftler des National Bureau of Standards darauf hin, dass Silizium-Diodendetektoren die Art von Präzision bieten könnten, die Borucki für die Transitphotometrie benötigte. Wenn sie von einem Lichtteilchen getroffen werden, emittieren die Detektoren ein einzelnes Elektron. Die effiziente Umwandlung von Sternenlicht in ein nachweisbares elektronisches Signal war für die Transitphotometrie von entscheidender Bedeutung.

Das Problem war, dass jeder Detektor nur einen Stern aufspüren konnte, und Borucki wusste, dass das Aneinanderreihen von Tausenden von Detektoren, um genug Sterne zu verfolgen, um die Statistiken aussagekräftig zu machen, äußerst unpraktisch war. „Ich gehe jedes Jahr zu meinem Abteilungsleiter zur Leistungsbewertung. Jedes Jahr sagte er mir: Bill, das wird nie funktionieren. Und ich bin nie befördert worden. Es gab nicht viel Unterstützung. Andererseits hat niemand versucht, mich aufzuhalten. NASA Ames verfügt über einen Ermessensfonds des Direktors, und jeder, der eine neue Idee hat, kann einen Antrag stellen. Das hat mich eine ganze Weile unterstützt. “

Bis 1992 waren Boruckis Bemühungen so weit fortgeschritten, dass er ein Team zusammengestellt hatte, das formelle Vorschläge für eine voll finanzierte Mission machte. Er hatte festgestellt, dass Chips, so genannte Charge-Coupled Devices oder CCDs (wie sie in vielen Digitalkameras verwendet werden), die Genauigkeit liefern könnten, die erforderlich ist, um extrem kleine Änderungen des Sternenlichts genau zu messen. Genauso wichtig könnten sie in Arrays gepackt werden, die Tausende von Sternen gleichzeitig überwachen können. Das Team von Borucki übermittelte einen Plan für eine Mission mit dem Namen FRESIP, kurz für Frequency of Earth-Sized Inner Planets. Die NASA lehnte dies ab und verwies auf den fehlenden Nachweis, dass die CCD-Technologie funktionieren würde.

Borucki beharrte darauf. Als die NASA ankündigte, dass sie Vorschläge für das Discovery-Programm, eine neue Klasse von kostengünstigen, dreijährigen Weltraummissionen, annehmen würde, bewarb er sich sofort. Die Kritiker der NASA schätzten, dass seine geplante Mission zu teuer wäre. Borucki war natürlich anderer Meinung und versuchte es 1996 erneut.

Dieses Mal erschien sein Projekt nicht mehr so ​​unplausibel. Ein Jahr zuvor hatte ein Schweizer Team 51 Pegasi b gefunden, einen bemerkenswerten Planeten außerhalb unseres Sonnensystems - der erste, der um einen anderen sonnenähnlichen Stern entdeckt wurde. Es ist ein Gasriese wie Jupiter, aber er umkreist nur 5 Millionen Meilen von seiner Sonne und rast in nur vier Tagen um den Stern. (Zum Vergleich: Der Jupiter umkreist in einer Entfernung von 480 Millionen Kilometern und benötigt fast 12 Jahre, um eine Rennstrecke zu absolvieren.) Die Feststellung, dass alle Planetensysteme wie unseres aussehen würden, war völlig umstritten und wies darauf hin, dass Astronomen eine ganze Klasse übersehen hätten Planet. "Auf einmal ging es von" Jeder, der es tut, ist verrückt "zu" Jeder, der es tut, ist an der Spitze der Astronomie ", erinnert sich Borucki.

Das Schweizer Team machte seine Entdeckung mit einer bodengestützten Technik, die in den 80er Jahren von Geoff Marcy und dem kanadischen Astronomen Bruce Campbell entwickelt wurde. Als Doppler-Methode bekannt, misst sie den Schwerkraftzug, den ein Planet auf einen Stern ausgeübt hat - einen Planeten, der nicht direkt gesehen werden konnte, weil er im Glanz seines Sterns verloren gehen würde. Astronomen könnten Dopplermessungen verwenden, um große Jupiter-große Planeten zu finden, aber um kleinere Welten zu finden, brauchten sie etwas genaueres, etwa die Mission, die Borucki im Sinn hatte. "Die Technik hat eine begrenzte Fähigkeit", sagt Marcy. "Es wird uns nicht den ganzen Weg zu Erden bringen, die so weit von ihren Sternen umlaufen, wie unsere eigene Erde die Sonne umkreist."

Inzwischen hatte Borucki auch einige Schwergewichte für seine Sache angezogen. Carl Sagan war dem Team beigetreten, und kurz vor seinem Tod 1996 unterstützte er den Vorschlag, den Namen der Mission in etwas Fängigeres als FRESIP zu ändern. David Koch, ein Physiker in Ames, der seit 1991 mit Borucki an der Mission arbeitete, schlug Kepler vor, nachdem der große Astronom aus dem 17. Jahrhundert die Gesetze über die Umlaufbahnen von Planeten um die Sonne entdeckt hatte. Kepler war es.

Boruckis Missionsplan forderte nun eine Raumsonde, die sich hinter der Erde befindet, während sie die Sonne umkreist. Wenn Sie so weit von der Erde entfernt sind, kann das Teleskop einen ungehinderten Blick auf die Zielsterne haben. Es wäre mit einem 56-Zoll-Teleskop ausgestattet, um schwaches Sternenlicht auf eine Reihe von 42 CCDs zu fokussieren. Im Vergleich dazu verfügte das sechs Jahre zuvor eingeführte hochmoderne Hubble-Weltraumteleskop über nur vier Detektoren. Borucki fühlte sich zuversichtlich. Die NASA lehnte den Vorschlag jedoch erneut ab und stellte die Frage, ob Hard- und Software gleichzeitig Tausende von Sternen aufspüren könnten.

Das Team von Borucki kehrte erneut ins Labor zurück und baute dieses Mal ein Miniaturobservatorium: ein 2 Fuß langes, 8 Zoll breites Teleskop mit CCD-Array. In Verbindung mit einer Software zur Reduzierung verschiedener Hintergrundgeräusche von Sternen konnte es Lichtänderungen auf bis zu 20 Teile pro Million messen, was es mehr als empfindlich genug macht, um einen erdgroßen Planeten um einen sonnenähnlichen Stern in einer Umlaufbahn zu erkennen, die so groß wie die Erde ist. Damit folgte 1998 ein weiterer Vorschlag, der jedoch ebenfalls abgelehnt wurde. Inzwischen wurden die Einwände der NASA wählerischer: Könnte das Teleskop den Strapazen des Starts standhalten und zuverlässig arbeiten, sobald es sich im Orbit befindet?

Um alle verbleibenden Einwände gegen das Projekt zu befriedigen, organisierte das Team eine Demonstration, bei der Kepler seine Vibrationen und Temperaturen so steuern konnte, dass sie den Strapazen des Weltalls standhalten konnten. Borucki legte im Jahr 2000 einen weiteren Vorschlag vor. Endlich akzeptierte die NASA diesen Vorschlag.

„Nach all den Jahren, in denen er sich schwer getan hat“, sagt Borucki, „war es aufregend, endlich hören zu können, dass ein NASA-Überprüfungspanel nicht nur sagte, dass es getan werden könnte, sondern dass es auch getan werden sollte.“

Drei im Februar entdeckte Planeten in einem Sechs-Planeten-Sonnensystem durchlaufen gleichzeitig ihren Mutterstern Kepler-11.

NSA / TIMPYLE

Im nächsten Jahr stellte die NASA dem Kepler-Team ein Budget von 299 Millionen US-Dollar zur Verfügung und strebte 2006 einen Starttermin an. Die Aufgabe, die Vision des Borucki-Teams in ein funktionierendes Raumfahrzeug umzuwandeln, fiel Ball Ballons in Boulder, Colorado, an. John Troeltzsch, der Kepler-Programmmanager bei Ball, sagt, die Aufgabe sei alles andere als einfach. "Wenn ein Wissenschaftsteam der NASA vorschlägt, eine solche Mission aufzubauen, verfasst das Team eine Geschichte darüber, wie wenig technische Fortschritte erforderlich sind", sagt er. „Sie sagen: Wir haben die Detektoren. Wir haben die Optik. Sie machen es einfach. Nun, dann musst du es wirklich bauen, und all die Dinge, von denen du denkst, dass sie einfach wären, sind nicht einfach. Ein Beispiel sind die CCD-Detektoren. Menschen fliegen seit Mitte der 90er Jahre mit CCDs im Weltraum. Also die Idee, eine ganze Reihe von CCDs zu nehmen und sie zusammenzusetzen - wie schwer könnte das sein? “

Es stellte sich als schwierig heraus, 2.000 Ingenieure und Techniker in Ball über fünf Jahre lang mehr als eine Million Stunden arbeiten zu lassen. Das Endergebnis war ein 2.320-Pfund-Raumschiff, ausgestattet mit einer übergroßen Digitalkamera - bestehend aus 22.000 Teilen - und einem 55-Zoll-Teleskop, der größten NASA, die je über den Orbit der Erde gestoßen ist. Kepler kostete schließlich 600 Millionen Dollar. Das CCD-Array ist 11 Zoll x 11 Zoll groß und die gesamte Kamera befindet sich in einer 1, 5-Kubikfuß-Box, die in einem Graphit-Epoxid-Rahmen in der Mitte des Teleskops aufgehängt ist. "Der Detektor ist im Grunde eine 95-Megapixel-Kamera", sagt Troeltzsch. Die CCDs müssen nicht nur gegen Strahlung gehärtet werden, sondern müssen bei –120 ° F sehr kalt gehalten werden, um sehr geringe Lichtanteile zu erkennen. Inzwischen läuft die Elektronik, die die Kamera steuert, nur wenige Zentimeter von den CCDs entfernt, um 225 Grad wärmer. Aluminiumrohre leiten passiv Wärme von der Elektronik zu einem Kühler, der auf der Oberfläche von Kepler montiert ist.

Nach einigen Finanzierungsverzögerungen brachte die NASA am 6. März 2009 schließlich Kepler auf den Markt, 17 Jahre nach Boruckis erstem formellen Vorschlag und 400 Jahre nach Johannes Keplers Veröffentlichung seiner ersten beiden Gesetze der Planetenbewegung in seinem Buch Astronomia Nova . Eine Delta-II-Rakete schickte Kepler in eine sonnenzentrierte Umlaufbahn, die derjenigen der Erde ähnelt. Das Uhrwerk passt perfekt zu den Kepler-Gesetzen.

Der Start war laut Troeltzsch nervenaufreibend. „Sie bauen dieses riesige Instrument mit hoher Wiedergabetreue, dann setzen Sie es auf eine Rakete mit einer Höhe von 20 Stockwerken und explodieren in den Weltraum. Es dauert ungefähr zwei Tage, um sich niederzulassen und zu sagen, OK, wir sind gut und ungefähr 30 Tage, bevor Sie sich wirklich entspannen. “

"Kepler ist die langweiligste Mission, die Sie sich vorstellen können", sagt Jon Jenkins lächelnd. "Es starrt einfach an einem Ort am Himmel." Diese Einfachheit hat sich als ein wesentlicher Faktor für Keplers Erfolg erwiesen. Es reduziert die Anzahl der Dinge, die schief gehen können, erheblich. „Wir ändern niemals Keplers Einstellung, es sei denn, Sie drehen alle 90 Tage einmal, um die Sonneneinstrahlung auf die Sonne zu richten, und der Sonnenschutz ist angebracht, um das Sonnenlicht aus dem Teleskoprohr zu halten. Wir schauen nur und warten darauf, dass die Sterne uns zuwinken. Man weiß nie, wann das passieren wird - wenn ein Planet vor einem Stern kreuzen wird. "

Jenkins, gelernter Elektrotechniker, ist seit 1995 im Kepler-Team. Sein Büro ist nur einen Katzensprung von Borucki entfernt. Die Kepler-Mission hat ihn trotz seiner eigenen Behauptung nie gelangweilt. Jenkins hat jahrelang die anspruchsvolle Software entwickelt und verfeinert, mit der die von Kepler heruntergeladenen Rohdaten gesiebt werden, um nach verräterischen Änderungen der Sternhelligkeit zu suchen, die die Existenz einer neuen Welt offenbaren könnten. „Pixel in Planeten verwandeln“ beschreibt er seine Arbeit.

Der Planet GJ 1214 b, hier mit zwei hypothetischen Monden gesehen, umkreist einen schwachen roten Zwergstern, der 40 Lichtjahre von der Erde entfernt ist.

CFA / David Aguilar

Während seiner gesamten Mission bleibt Keplers Sicht auf einem der Spiralarme unserer Galaxie, auf einem Sternenfeld in den Sternbildern Cygnus und Lyra. Die meisten Sterne, die es sieht, liegen zwischen 600 und 3.000 Lichtjahren von der Erde entfernt, aber einige sind nahe 30 Lichtjahre. Das zyklische Dimmen von weiter entfernten Sternen wäre für Kepler zu schwach, um gemessen zu werden. Obwohl Kepler nicht annähernd so weit in den Kosmos hineinschauen kann wie das Hubble-Teleskop, ist seine Sicht weitaus mehr Panorama, so weit wie 27 Vollmond über dem Himmel. Hubble konzentriert sich auf einen Punkt des Himmels, der nicht größer ist als der, den Sie beim Betrachten eines Kaffeerührers sehen würden.

Die Herausforderung für Kepler - oder genauer für Jenkins 'Software - besteht darin, Helligkeitsänderungen hervorzurufen, die durch den Durchgang eines Planeten verursacht werden, und sie von allen normalen Sternvariationen, wie etwa Flimmern und Sternflecken (dem Sternäquivalent), zu unterscheiden Sonnenflecken) oder sogar in der Nähe liegende Sterne. Wie bei vielen Dingen im Leben ist das Timing entscheidend. Planeten geben sich nach der Zeit, die sie benötigen, um das Gesicht eines Sterns zu durchlaufen, normalerweise weg - normalerweise einige Stunden. Sternflecken, die in die Oberfläche eines Sterns eingebettet sind, rotieren normalerweise auf einer Skala von Tagen oder Wochen. Daher sucht die Software von Jenkins nach Helligkeitsunterschieden, die bis zu einem halben Tag dauern. Wenn ein Planet tatsächlich die Ursache für die Helligkeitsänderung ist, sollte die gleiche Änderung Tage, Monate oder Jahre später wieder auftreten, je nachdem, wie lange der Planet braucht, um seinen Stern zu umkreisen. Idealerweise wartet das Kepler-Team, bis das Raumfahrzeug drei identische Helligkeitsrückgänge in gleichen Intervallen aufgezeichnet hat, bevor es zu dem Schluss kommt, dass sie wahrscheinlich einen Planeten gefunden haben.

Die integrierten Computer von Kepler können Daten von etwas mehr als zwei Monaten speichern. Die Daten werden für eine effiziente Speicherung und Übertragung zur Erde hochkomprimiert, wo NASA-Server insgesamt etwa 60 Terabyte fassen können. Ohne das Kompressionsschema wäre die Kepler-Mission niemals geflogen. "Wir hätten fünfmal so lange gebraucht, um die Daten abwärtszuschalten, und fünfmal so viel Hardware, um die Daten an Bord zu speichern", sagt Jenkins. „Die Kompression war für die Mission absolut entscheidend.“ Das Raumschiff hat bereits mehr als ein Terabyte an Helligkeitsmessungen heruntergelassen. Kepler-Astronomen haben genug Daten, um sie jahrzehntelang zu beschäftigen.

Die NASA plant, regelmäßig Ergebnisse von Kepler bis November 2013 zu veröffentlichen, wenn die Mission enden soll. Die gefragtesten Ergebnisse liegen noch vor uns. Nachdem Jenkins und seine Kollegen Sonnenflecken und andere Planetenposeure aus den Daten entfernt haben, verwenden Marcy und andere Astronomen die Doppler-Wobble-Methode mit terrestrischen Teleskopen, um zu überprüfen, ob die verbleibenden Planetenkandidaten oder "Objekte von Interesse" tatsächlich Planeten sind. Der Prozess wird mindestens drei Jahre dauern, um einen vollständig erdähnlichen Planeten zu finden: einen, der sich in einer einjährigen erdähnlichen Umlaufbahn um einen Stern genau wie die Sonne befindet.

Der Hauptpreis für Kepler wäre, eine Welt wie unsere zu finden - keine größere, keine kleinere -, die einen sonnenähnlichen Stern in einer Umlaufbahn von gleicher Größe wie die der Erde umkreist. Diese Herausforderung liegt am Rand der bemerkenswerten Fähigkeiten von Kepler. Und es ist definitiv außerhalb der Reichweite selbst der stärksten erdgebundenen Teleskope.

Dopplermessungen wurden verwendet, um zu bestätigen, dass es von Kepler entdeckte erdgroße Planeten in bewohnbaren Zonen um Sterne gibt, die kleiner und schwächer als die Sonne sind. Kepler-10 b ist ein solches Beispiel. Dopplermessungen können jedoch keinen echten Zwilling der Erde bestätigen: Die Gravitationswirkung eines Planeten auf seinem Stern hängt von ihrer relativen Masse und der Entfernung zwischen ihnen ab. Eine erdgroße Welt in der Nähe eines leichten, schwachen Sterns ist viel einfacher zu finden als ein Planet, der unserem eigenen eher ähnelt. Marcy klagt: "Wir werden niemals definitiv die Dichte echter Erdklone überprüfen oder messen, die sich in der Umlaufbahn unserer eigenen Erde von der Sonne befinden."

Es besteht jedoch die Möglichkeit, dass Kepler Glück hat. Wenn das Raumfahrzeug einen erdähnlichen Planeten findet, der einen Stern umkreist, der von mindestens einem anderen Planeten umkreist wird, könnten allein Keplers Daten verwendet werden, um die Massen der Planeten zu bestimmen, ohne das Wackeln des Sterns zu messen. Die Gravitationswechselwirkungen der beiden Planeten würden den Zeitpunkt ihrer Umlaufbahnen beeinflussen, was Kepler messen könnte. Und die Wechselwirkungen der Schwerkraft würden wiederum die Massen der Planeten offenbaren. Das Kepler-Team hat diese Leistung bereits für zwei Planeten abgeleistet, die einen Stern namens Kepler-9 umkreisen, der etwa 2.000 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Die Planeten, die Kepler-9 umkreisen, bestimmen die Astronomen so niedrig, dass sie schweben würden, wenn sie in einer riesigen Badewanne mit Wasser gefüllt würden. Niemand versteht die Natur dieser aufgeblähten Welten. "Es ist ein wunderschönes, schönes Beispiel dafür, was Kepler kann", sagt Natalie Batalha, stellvertretende Leiterin der Missionsteams.

Kepler könnte Planeten finden, die der Erde sehr ähnlich sind. Oder er kann unsere Vorstellungen von dem, was da draußen ist, weiter auf den Kopf stellen. "Alle Planetensysteme sollten wie unsere aussehen", erinnert mich Borucki. „Die Planeten, die wir finden, sind an den falschen Stellen! Und ihre Umlaufbahnen sind anders als alles, was jemand vorhergesagt hat. Nun, das ist eine Warnung. Das sagt Ihnen, dass wir nicht wissen, wie wir vorhersagen können, was da draußen ist. "

Kepler hat bewiesen, dass Planeten in der Galaxie die Regel sind, nicht die Ausnahme, aber es sagt uns nicht, ob einer dieser Planeten tatsächlich Leben birgt. Das ist eine Frage für zukünftige Missionen, und die NASA hat Pläne für eine ehrgeizige. Der sogenannte Terrestrial Planet Finder untersucht die Atmosphären von Exoplaneten und sucht nach den chemischen Signaturen des Lebens: Sauerstoff, Wasserdampf, Kohlendioxid. Aber die Budgetkürzungen des Kongresses haben die Mission vorerst in die Schwebe gebracht. Es ist ein Projekt, das dringend seinen eigenen Bill Borucki benötigt.

"Wenn es in der gesamten Galaxie kein Leben gibt, wäre das für die Menschheit noch ziemlich tiefgreifend", sagt Borucki, während wir in seinem Büro sitzen. „Ich denke, das ist das wichtigste Problem, das wir angreifen können. Und ich muss es meinen Enkelkindern überlassen. "

Trotz Keplers umwerfendem Erfolg ärgert sich Borucki immer noch über die Mission und eine meiner letzten Fragen berührt einen Nerv. „Bis zum Ende der Mission von Kepler, drei Jahre später. . Ich fange an zu fragen, aber Borucki lässt mich nicht fertig werden.

„Nein!“, Sagt er und beugt sich über seinen Schreibtisch vor. Seine sanfte Stimme wird lauter. „Es wird mindestens sechs Jahre dauern. Lass nicht zu, dass die Leute dir sagen, nur weil es dreieinhalb Jahre lang finanziert wird, wird es aufhören. Es ist nicht. Wir werden das Geld bekommen und sechs Jahre lang weiter machen. Die Programmmanager glauben das nicht, aber ich glaube es. “

Dann pausiert er nach jedem Wort und klopft mit den Fingerknöcheln an seinem Schreibtisch, um die Betonung zu betonen. Er sagt: „Sie können die Mission nicht schließen. Es funktioniert und wenn wir länger und länger schauen, werden wir immer mehr kleine Planeten finden. Möchten Sie die Gelegenheit nutzen, eine riesige Anzahl von Planeten in der Galaxie zu finden, weil Sie das Geld nicht bekommen haben? Es ist die einzige Mission in absehbarer Zeit, die diese Aufgabe erfüllen kann, und Sie werden sie abschalten? Niemand wird es ausschalten. "

KEPLER'S GRÖSSTE HITS (so weit)

Kepler-10 b
Etwa drei Viertel der Planeten, die außerhalb unseres Sonnensystems entdeckt wurden, sind riesige, sprudelnde Welten. Mehrere befinden sich im richtigen Abstand von ihren Sternen, um flüssiges Wasser zu tragen, aber milde Temperaturen garantieren keine angenehmen Bedingungen. Schicht für Schicht aus Gasen kann ein Druck erzeugt werden, der stark genug ist, um einen Brink-Truck wie einen Pappbecher zu zermalmen, und der Mangel an Bodenhaftung lässt dem Leben wenig Raum. Im Januar gaben die Kepler-Astronomen die Entdeckung des ersten definitiv felsigen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, Kepler-10 b, bekannt. Mit dem 1, 4-fachen Erddurchmesser ist es auch der kleinste bisher gemessene Exoplanet. Leider ist Rocky auch nicht bewohnbar. Die Tagestemperaturen auf Kepler-10 b liegen bei 3000 Grad Fahrenheit. Die gute Nachricht ist, dass Keplers neueste Ergebnisse 117 Kandidaten mit oder unter der Größe von Kepler-10 b und 23 kleiner als die Erde enthalten. Dies legt den Schluss nahe, dass die Planetenjagdsonde bald in felsigen Klimazonen kleine, felsige Exoplaneten finden sollte.

NN Ser (ab) c & d
Etwa die Hälfte der Sterne im Universum ist gravitationsmäßig an einen Begleitstern gebunden. Das Zusammenleben mit der Hitze und der Schwerkraft zweier Sonnen ist für Planeten schwierig - insbesondere für das Paar, das im letzten Jahr entdeckt wurde und das binäre Sternensystem umkreist

NN Serpentis, auch NN Ser (ab) genannt. Astronomen glauben, dass die Exoplaneten, NN Ser (ab) c und d, vor einigen Millionen Jahren ein katastrophales Ereignis überlebt haben könnten, als einer ihrer Wirtssterne auf das 200-fache des Sonnendurchmessers anschwoll und die Planeten zeitweise umhüllte.

Oder vielleicht sind die Planeten tatsächlich aus Material entstanden, das während dieser Expansion abgeschossen wurde, eine Theorie, die unser herkömmliches Verständnis, dass sich Planeten und Sterne zusammen bilden, stürzen würde

zur selben Zeit.

Kepler-11
Bis zum Jahr 2010 hatten Astronomen 54 Sterne entdeckt, die mehrere Planeten beherbergen, doch keines dieser Planetensysteme ähnelte unserem eigenen. Im Februar kündigten die Forscher die Entdeckung eines Planetensystems an, das etwas bekannter aussieht, Kepler-11. Sechs Planeten umkreisen einen Stern in etwa der Größe der Sonne und wie unser Sonnensystem den äußeren

Planeten sind Gasgiganten, während die inneren dichter erscheinen. Aber es gibt eine überraschende Wendung: Fünf der sechs Planeten sind in kleineren Umlaufbahnen als die von Merkur untergebracht, ihre Bahnen liegen fast perfekt in derselben Ebene. Astronomen können nicht erklären, wie alle Planeten diese Konfiguration verwaltet haben, ohne aufeinander zu stürzen.

KOI 326.01
Von den 1.235 Planetenkandidaten

KOI 326.01 wurde im Februar bekannt gegeben und sticht hervor. Scheinbar erdgroß und nur etwas heißer (140 ° F) schien es der erdähnlichste Planet zu sein, der je entdeckt wurde - bis einen Monat später Wissenschaftler eine weniger aufregende Entdeckung machten: einen Fehler in ihren Daten. Das Stanzen in der richtigen Helligkeit des Sterns des Planeten zeigte einen Planeten, der größer und heißer als die Erde war. So enttäuschend die Nachrichten auch waren, sie waren für den Kurs selbstverständlich. Das Herausfinden der winzigen Signaturen von Planeten innerhalb von Billionen Bytes von Daten ist bekanntermaßen schwierig. Tatsächlich enden etwa zehn Prozent aller "Kepler-Objekte von Interesse" (KOIs) als falsch positive Ergebnisse, während Missionswissenschaftler sagen, während andere aufgrund von Nachbeobachtungen Abstürze wie die des KOI 326.01 erleiden werden. Auf der anderen Seite haben Kepler-Forscher vier weitere potenziell erdgroße Planeten mit angenehmen Temperaturen entdeckt.

GJ 1214 b
GJ 1214 b ist fast dreimal so breit und etwa 300 ºF heißer als die Erde, aber es kann dennoch eine Fülle von wertvollsten Lebensmitteln sein: flüssiges Wasser. Teleskopische Beobachtungen des Planeten vor seinem Stern deuteten darauf hin, dass GJ 1214 b mit riesigen, heißen Ozeanen bedeckt sein könnte, die aufgrund des extremen Drucks der darüber liegenden Atmosphäre flüssig bleiben würden. GJ 1214 b hält auch den Titel für die Umlaufbahn, die seinem Stern am nächsten liegt - nur 1, 3 Millionen Meilen entfernt, 1/70 der Entfernung zwischen Erde und Sonne. Obwohl der Stern GJ 1214 ein winziger roter Zwerg ist, würde er von GJ 1214 b immer noch 17-mal größer aussehen als die Sonne an unserem Himmel.

Der Gasriese HD 80606 b ist anfällig für wildes Wetter. Winde dort können bis zu 3 Meilen pro Sekunde erreichen.

NASA / JPL-Caltech / G. Laughlin

HD 80606 b
In unserem Sonnensystem dreht sich jeder Planet außer Quecksilber in einem nahezu perfekten kreisförmigen Orbit um die Sonne. In der Tat glaubten die Theoretiker lange, dass die Planetenbahnen kreisförmig sein müssten. Die Natur glaubt offenbar anders. Nehmen Sie den ungewöhnlichen Planeten HD 80606 b, einen Gasgiganten im Sternbild, das Ursa Major im Jahr 2001 entdeckte. Sein langgestreckter Pfad um seinen Stammstern erinnert mehr an die Umlaufbahn eines Kometen als an einen Planeten von der Größe eines Jupiters. HD 80606 b schwingt im Umkreis von 3 Millionen Kilometern um seinen Stern und erreicht seinen entferntesten Punkt, 81 Millionen Meilen entfernt, nur 56 Erdtage später. Im Jahr 2009 berichteten Astronomen, dass die Temperaturen in sechs Stunden von 1000 ° F auf 2200 ° F gestiegen sind.
- Andrew Grant


BANG ZOOM - ZU DEN STERNEN

Theoretischer Physiker Richard Obousy kann sich leicht vorstellen, wie sich die Entdeckung entwickeln könnte: Eine Nachfolgemission von Kepler lokalisiert einen Planeten, der in Größe und Temperatur unserem eigenen Planeten ähnelt. Weitere Studien zeigen, dass auch interessante chemische Ähnlichkeiten vorhanden sind - Sauerstoff, Wasserdampf und Methan, mögliche Signaturen der Bewohnbarkeit. Der nächste Impuls wäre, eine Sonde dorthin zu schicken, um einen Blick darauf zu werfen. Hat dieser Zwilling auf der Erde Ozeane und Kontinente? Lebenszeichen? Zeichen der Zivilisation?

Unglücklicherweise würde das Senden eines Raumschiffs zum nächsten Stern (Alpha Centauri, 4, 3 Lichtjahre entfernt) 70.000 Jahre dauern, so schnell wie die heutigen chemischen Raketen. Die Überquerung des weiten interstellaren Weltraums innerhalb einer menschlichen Lebensspanne erfordert eine völlig neue Forschungswelle. Obousy hofft, diese Welle mit dem Projekt Icarus zu beginnen, einer Zusammenarbeit zwischen mehreren Dutzend verstreuten Wissenschaftlern, die Konzepte für die Raumsonde der Zukunft in Brainstorming erstellen.

Eine Möglichkeit ist eine Rakete, die durch Kernfusion angetrieben wird, im Wesentlichen eine Folge von Wasserstoffbomben. Das Schiff würde im Erdorbit gebaut und dann nach Uranus geschickt, um Helium-3-Treibstoff aus der Atmosphäre des Planeten abzubauen. „Das bringt die Technologie wirklich an den Rand“, sagt Marc Millis, Leiter der Tau Zero Foundation. Er sollte es wissen: Millis leitete das Projekt der Breakthrough Propulsion Physics der NASA, das im Jahr 2002 ohne Erfolg gelang

von radikalen Fortschritten strebten sie danach.

"Wenn Sie sich die Dinge der bekannten Physik ansehen, die uns tatsächlich zu den Stars bringen könnten, gibt es nur wenige Möglichkeiten", sagt Les Johnson, stellvertretender Manager des Advanced Concepts Office der NASA. Es gibt ultradünne Sonnensegel, die von der Sonne geschoben werden; Japan und die Vereinigten Staaten haben bereits einfache Versionen dieser Technologie eingeführt. Das Ikaros-Segel, das im Mai letzten Jahres geflogen ist, ist jedoch nur 14 Quadratmeter groß. Interstellare Reisen würden ein Segel erfordern, das so groß ist wie Texas und umlaufende Laser, um einen leichten Schub zu erzeugen. selbst dann würde die Reise Jahrhunderte dauern, sagt Johnson.

Es gibt auch Pläne, elektrische Triebwerke mit Kernspaltung anzutreiben. Anders als bei der Fusion wissen wir heute, wie sie vorgehen müssen. "Diese Entwürfe liegen in der Hand der NASA", sagt Millis irgendwo in einer Schublade. Das

Vernachlässigung rührt nicht nur von technischen Herausforderungen her, erklärt er, sondern auch aus politischer Zurückhaltung, Atomreaktoren in den Weltraum zu bringen.

Und dann gibt es die besten Raketenphysiker, die sich Physiker vorstellen können: Motoren, die Materie und Antimaterie zusammenbrechen, um reine Energie zu erzeugen. "Die Energiedichte ist ein bis zwei Größenordnungen besser als im Nuklearbereich", sagt Millis. Aber Antimaterie ist kein kostenloses Mittagessen: Sie müssen so viel Energie aufbringen, dass Sie es erst schaffen, wenn Sie es vernichten, wenn Sie es vernichten. Allein die notwendige Menge an Antimaterie zu synthetisieren (egal wie man sie in einem Raketentriebwerk verwendet), liegt weit außerhalb der derzeitigen Möglichkeiten der Menschheit.

Egal, wie Sie vorgehen, schnelles und weites Gehen erfordert viel Geld. Im Moment ist das Geld nicht da; Tau Zero und Icarus sind

im Wesentlichen eigenfinanzierte Projekte von Hardcore-Enthusiasten. Um echte Fortschritte beim interstellaren Reisen zu erzielen, benötigen die NASA und die anderen Weltraumbehörden einen Funkenschlag. Als würde ich diese zweite Erde finden.
- Andrew Moseman

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