Direkte Beobachtung von Exoplaneten – Wie?

In letzter Zeit musste ich vieles vernachlässigen, auch das Bloggen. Ich hatte zu viel zu tun. Unter anderem sollte ich mir anschauen, wie die direkte Beobachtung von Exoplaneten geht. Sie kennen das vielleicht – einer von diesen “Ey, kannste da ma kurz reinschauen …”-Aufträgen. 

Die Beobachtung von Exoplaneten ist schwierig

Das erste Problem bei der Sache ist, dass ein Planet ein dunkler Körper ist, der um einen sehr hellen Körper kreist. Man sieht Planeten überhaupt nur deswegen, weil sie von ihren Zentralgestirn angestrahlt werden. Blogger-Kollege Markus Pössel verglich die Situation treffend mit Glühwürmchen neben Flutlicht.  

Das zweite Problem bei der Sache ist, dass Exoplaneten weit weg sind. Sie kreisen um andere Sterne. Der erdnächste Stern heißt Proxima Centauri, und der ist schon mehr als 4.2 Lichtjahre von uns entfernt. Das sind 40 Billionen Kilometer – 265 Tausend Mal so weit wie die Entfernung Sonne-Erde. Alle anderen Sterne sind weiter entfernt. Proxima Centauri wird übrigens von mindestens einem Exoplaneten umkreist.

Ein Sonnensystem um einen anderen Stern erscheint also wegen seiner Entfernung sehr klein. Wie klein, das rechne ich gleich vor.  Zudem überstrahlt der Stern vollkommen die Planeten. Man sieht sie einfach nicht. 

Um die Exoplaneten direkt zu beobachten, muss man also quasi das Licht des Sterns ausknipsen – es muss mindestens um einen Faktor von einer Milliarde, besser noch 10 Milliarden reduziert werden. 

Methoden zur Beobachtung von Exoplaneten

Wie macht man das? Bei der ESA wurde jahrelang die Mission DARWIN studiert, aber die Studien wurden schlussendlich eingestellt. DARWIN hätte die Methode der auslöschenden Interferometrie verwendet. Heute betrachtet man dagegen die Verwendung eines großen Koronografen. Dieser wäre nicht fest mit dem Teleskop verbunden, sondern soll frei fliegend in großer Entfernung (zehntausende von Kilometern) vor einem Teleskop genau in der Sichtrichtung zum beobachteten Stern positioniert werden. 

Die erste Mission mit einem frei fliegenden Koronografen wird gerade von der ESA entwickelt. Bei Proba 3 sollen die beiden Komponenten im Abstand von  150 Metern fliegen und zur Beobachtung der Sonnenkorona dienen. 

Die NASA studiert ein solches Verfahren für die direkte Beobachtung von Exoplaneten in unterschiedlichen Varianten schon seit vielen Jahren. Aktuell wird die Mission HabEx (Habitable Exoplanet Imaging Mission) als Kandidat für eine der kommenden großen strategischen Missionen und eines der großen orbitalen Observatorien vorgeschlagen. 

Die Mission HabEx umfasst zwei Raumsonden, die auf eigenen Bahnen in der L2-Region, in etwa 1.5 Millionen km Erdabstand in sonnenabgewandter Richtung fliegen werden. Eine Sonde trägt ein großes Teleskop, die andere einen Koronografen. Da dieser bestimmte zusätzliche Eigenschaften haben muss und um die Verwechslung mit üblichen, heute schon verwendeter Technik zu vermeiden, verwenden englische Fachartikel weithin das Wort “Starshade”. Die Bahnen werden so aufeinander abgestimmt dass der Starshade für eine limitierte Zeit exakt in der Sichtlinie zwischen Teleskop und einem Exoplanetensystem steht. 

Da beide Sonden sich im Weltraum befinden und ihre Bahnen gesteuert und verändert werden können, ist nicht die absolute Position der Sonden relevant, sondern ihre Positionen zueinander. Das Regelungsproblem hier ist somit eines der relativen Navigation, was die Sache deutlich einfacher macht. Trivial ist es deswegen noch lange nicht. Beispielsweise müssen die Sonden ihre relative Position auf den Meter genau messen, kennen und halten können, obwohl sie Zehntausende Kilometer voneinander entfernt sind.

Ein orbitales Teleskop ist allerdings viel kleiner und weniger gut ausgestattet als die größten terrestrischen Teleskope. Das ELT (Extremely Large Telescope) auf dem Cerro Armazones in Chile soll eine Apertur von 39 Metern haben. Das gibt natürlich Anlass zu Überlegungen, ob man nicht das Verfahren so abändern könnte, dass nur noch der Starshade im Orbit ist und seine Bahn so gewählt wird, dass sie eine Zeit lang (wenn möglich eine Stunde) in der Sichtlinie zwischen dem ELT und einem Exoplanetensystem steht. 

Die Frage, ob und wie sowas aus bahnmechanischer Sicht geht, stellt man einem Missionsanalytiker. Man will ja überhaupt einmal wissen, ob es grundsätzlich möglich ist, eine geeignete Bahn für die Raumsonde mit dem Starshade zu finden. Der Missionsanalytiker muss sich dann erst mal hinsetzen und tief durchatmen. Zumindest ging mir das so. Und dann malt er ein Bild, um sich zu verdeutlichen, was man von ihm will.

Wenn er noch nicht mal so ein Bild hinkriegt, dann wird er wahrscheinlich auch das Problem nicht lösen können. Im gegebenen Fall ist der beauftragte Missionsanalytiker wenigstens schon mal nicht am Bild gescheitert.

Quelle: Michael Khan / Schematische Darstellung einer hypothetischen hochexzentrischen Bahn um die Erde, auf der ein Satellit über einen Zeitraum hinweg von einem Großteleskop auf dem Boden aus gesehen einen Stern verdecken könnte. Die Bahnelemente dieser Bahn wurden gesucht.

Angesichts der Grafik sieht es mir noch nicht so aus, als wäre das Problem komplett unlösbar. Andererseits bedeutet das Finden einer Bahn für einen spezifischen Fall noch nicht, dass man ein funktionierendes Missionskonzept hat. 

Wie sieht so ein Starshade aus?

So ein Starshade muss eine komplexe, exakt berechnete Form haben. Keinesfalls reicht es, einfach eine kreisförmige Scheibe zu verwenden. Beugungseffekte am Rand des Kreises würden zu viel von dem Licht des verdeckten Sterns in Richtung des Beobachters streuen. Eine Auslöschung des Sterns um einen Faktor von bis zu 10 Milliarden, die man zur direkten Beobachtung von Exoplaneten in seiner Nähe braucht, wäre so nicht möglich. Vielmehr muss die Form der einer Sonnenblume ähneln. Diese Form würde dazu führen, dass Streulicht weg vom Beobachter gebeugt wird.

Nicht maßstabsgetreue Darstellung (der relative Abstand ist viel zu gering) von Starshade und orbitalem Teleskop in einem System zur direkten Beobachtung von Exoplaneten, Quelle: NASA/JPL

Ein wirkungsvoller Starshade muss einen beträchtlichen Durchmesser haben. Damit er dann auch noch nur den Stern verdeckt, nicht aber die Exoplaneten, die man beobachten will, muss er sich in großer Entfernung vom Teleskop befinden. Eine starre Verbindung von Teleskop und Starshade ist daher ausgeschlossen.

Größe und Entfernung des Starshade

Die Astronomen sind besonders an solchen Planeten interessiert, auf denen die Bedingungen denen auf der Erde ähneln. Stellen wir uns einmal einen Stern vor, der so groß und hell ist wie unsere Sonne. Dieser Stern soll einen Planeten haben, der so groß ist wie die Erde und sich auf einer Bahn mit einem Radius von einer astronomischen Einheit befindet. 

Stellen wir uns jetzt noch vor, dass dieser Stern ziemlich nah an der Sonne ist. Sagen wir: 5 Lichtjahre. Für Astronomen ist immer wichtig, welche Winkelgröße ein Objekt hat.

Ein sonnengroßer Stern in einer Entfernung von 5 Lichtjahren (=4.73*1013 km) erscheint uns mit einer Winkelgröße von etwa 3*10-8 rad, also 0.03 μrad. Der Durchmesser der Bahn des Exoplaneten dagegen erscheint mit einer Größe von 6*10-6 rad, also 6 μrad. Wenn dieser Stern nicht 5, sondern 50 Lichtjahre entfernt wäre, erschienen uns die Winkelgrößen um den Faktor 10 kleiner.

Der Starshade soll den Stern und seine unmittelbare Umgebung verdecken. Für einen sonnenähnlichen Stern und 5 Lichtjahren Entfernung müsste der zu verdeckende Winkelbereich also mehr als 3*10-8 rad und weniger als 6*10-6 rad betragen. Nehmen wir als Hausnummer mal 5*10-7 rad und für den Durchmesser des Innen- und Außenbereichs der “Sonnenblume” 25 und 50 Meter. Das wäre sicher an der oberen Grenze des technisch Machbaren. Dann müsste der Starshade etwa 50,000 km vor dem Teleskop fliegen.

Zur Beobachtung des zehn Mal so weit entfernten Exoplanetensystems bräuchte man einen deutlich kleineren Starshade und/oder eine deutlich größere Entfernung. Gleiches gilt, wenn der Stern und das Exoplanetensystem viel kleiner sind als hier angenommen. 

Beobachtung vom ELT

Wie man so ein System mit zwei orbitalen Sonden hochziehen könnte, haben die amerikanischen Kollegen vom Projekt HabEx im Detail eruiert. Ich sollte mir aber anschauen, wie man so etwas machen kann, wenn das Teleskop auf dem Boden steht. Die Skizze habe ich bereits erstellt, nun geht es ans Rechnen.

Das Teleskop soll das ELT sein, und für das Exoplanetensystem suche ich mir einfach ein paar denkbare Kandidaten aus. Etwa Proxima Centauri und Teegardens Stern. Ich muss gleich dazu sagen, dass diese zwei Exoplanetensysteme unserem Sonnensystem nicht allzu ähnlich sind. Die Sterne sind viel lichtschwächer als unsere Sonne und die Exoplaneten sind auf viel niedrigeren Bahnen.

Aber das ist jetzt grad mal nicht so wichtig. Ich will doch erst nur mal sehen, ob ich überhaupt eine Bahn finden kann, auf der sich der Starshade für einige Zeit nicht von der Sichtlinie ELT-Stern weg bewegt. Dazu verwende ich eine Optimierungsrechnung. Ich suche mir für jeden der Kandidaten ein Datum heraus, an dem der Stern nachts vom ELT aus gut sichtbar ist. Optimierungsparameter sind die Uhrzeit des Beobachtungsbeginns sowie sämtliche Bahnparameter. Die Beobachtung soll mindestens 10 Minuten, idealerweise eine Stunde dauern. Während dieser Zeit soll die Abweichung des Starshade von der Sichtlinie deutlich kleiner als der Starshade-Durchmesser sein, also nur einige Meter. Klingt schwierig, ist es auch.

Beispielfall Proxima Centauri

Machen wir es kurz und schmerzlos: Ich habe es nicht geschafft. Die bestmögliche gefundene Lösung für den Fall Proxima Centauri weicht über den Verlauf einer Stunde immer noch von der Position des Sterns ab.

Quelle: Michael Khan / Position des Satelliten auf der optimierten Bahn relativ zur der Blickrichtung ELT-Proxima Centauri B über einen Simulationszeitraum von einer Stunde

Die Abweichung liegt zwar im Bereich von einigen Tausendstel Grad. Das ist fast schon eine exakte Abdeckung. Seine Majestät der Syzygienkönig wäre gewiss hocherfreut über eine eine solch enge Annäherung. Aber fast getroffen ist eben auch daneben, wenn man sie in eine Strecke umrechnet:

Quelle: Michael Khan / Winkelabweichung des Satelliten auf der optimierten Bahn von der Blickrichtung ELT-Proxima Centauri B über einen Simulationszeitraum von 60 Minuten

Und kürzere Beobachtungsdauern?

Der Starshade lässt sich nicht eine Stunde lang bis auf wenige Meter an der Sichtlinie halten. Die maximale Abweichung liegt bei 30 km. OK, vielleicht geht es ja bei einer kürzeren Beobachtungsdauer? Versuchen wir mal 20 Minuten:

Quelle: Michael Khan / Position des Satelliten auf der optimierten Bahn relativ zur der Blickrichtung ELT-Proxima Centauri B über einen Simulationszeitraum von 20 Minuten
Quelle: Michael Khan / Lineare Abweichung des Satelliten auf der optimierten Bahn von der Blickrichtung ELT-Proxima Centauri B über einen Simulationszeitraum von 20 Minuten

Das sieht schon deutlich besser aus! Ich erreiche hier eine maximale Abweichung von unter 4 km. Aber das ist leider immer noch etwa 3 Größenordnungen zu viel.

Vielleicht andere Sterne?

Ich habe die Probe aufs Exempel an zwei Sternen vorgenommen. Bei Teegardens Stern ist das Ergebnis recht ähnlich. Die Bahnelemente sind dann zwar ganz andere als bei Proxima Centauri, die erreichte Annäherung ist aber vergleichbar.

Es gibt offenbar keine Freiflugbahn, auf der ein Körper für eine Dauer von bis zu einer Stunde exakt in der Sichtlinie von einem Teleskop zu einem Stern verharrt. Man kommt zwar einigermaßen dicht ran, aber das entscheidende letzte bisschen fehlt. Also muss eine erzwungene Bahn her, keine Freiflugbahn. Der Starshade müsste während der Beobachtung von Exoplaneten Triebwerksmanöver ausführen, um sich in die Sichtlinie zu bugsieren.

Zudem bräuchte man zur Beobachtung eines anderen Sterns eine gänzlich anders orientierte Umlaufbahn. Die Raumsonde mit dem Starshade müsste also zwischen zwei Beobachtungen sehr erhebliche Bahnänderungen durchführen. Meine Ergebnisse legen nahe, dass die Inklination der Bahn ähnlich dem Betrag der Deklination  der Sternposition sein muss. Das wäre aber noch zu verifizieren. Wenn das so ist, müsste man zur Beobachtung eines anderen Sterns die Bahnebene kippen. Vielleicht kann man man unter der steigenden Zahl bekannter Exoplanetensysteme aber auch eine Anzahl Zielobjekte mit annähernd gleicher Deklination finden.  

Soweit meine Schlussfolgerungen.

Steht was in der Literatur dazu?

Allerdings. Ich bin keineswegs der erste, der sich dieses Thema schon einmal näher angeschaut hat. Die detaillierteste mir bekannte Abhandlung dazu ist das “White Paper” von John C Mather et al. John Mather arbeitet beim Goddard Space Flight Center. Die insgesamt 21 Ko-Autor/inn/en kommen von unterschiedlichen Instituten und Unternehmen in den USA und Europa. Die Leute wissen, wovon sie reden.

Diese Experten haben, anders als ich, nicht nur die mögliche Bahn des Starshade untersucht, sondern auch Abschätzungen zum technischen Aufbau und zur Größe des Satelliten mit dem Starshade vorgenommen. Ihre Schlussfolgerungen sind wie folgt, und glücklicherweise nicht in Widerspruch zu meinen:

  • Die Bahn des Starshade muss eine hochexzentrische Bahn um die Erde mit einer Umlaufperiode von mehr als 4 Tagen sein, wobei sich der Starshade während der Beobachtungsphasen in einem Abstand von mehr als 195,000 km vom terrestrischen Teleskop befindet (andere Quellen hatten die Platzierung des Starshade in einer Bahn um L2 (also im Abstand von rund 1.5 Millionen km) oder gar in einer heliozentrischen Bahn vorgeschlagen, was nach meinen Berechnungen viel zu weit weg wäre. Mather et al. sehen das offenbar genauso)
  • Die Startmasse des Satelliten mit dem Starshade liegt bei ca. 22 Tonnen, die Trockenmasse (d.h., die Startmasse abzüglich des Treibstoffs) bei etwa 14 Tonnen
  • Um den Starshade während der Beobachtungen in die Sichtlinie zu zwingen, wird ein großes Raketentriebwerk mit einem Schub von 5 kN vorgesehen (Mather et al. kommen auch zu dem Schluss, dass das mit einer Freiflugbahn nicht zu machen ist)
  • Für die Veränderung der Bahn, um unterschiedliche Exoplanetensysteme beobachten zu können, wird ein Ionenantrieb mit einem Schub von 4 N angenommen – das klingt für den Laien nicht nach viel, ist aber für Ionentreibwerke enorm und bedarf einer Energieversorgung mit einer elektrischen Leistung von 116 kW (!)
  • Der Starshade selbst hätte einen Außendurchmesser von 100 Meter, die innere Scheine von 50 Meter. Natürlich wäre er beim Start kompakt zusammengelegt und würde erst im Orbit entfaltet. damit soll eine Auslösung um einen Faktor von 100 Milliarden erreicht werden. Wahrscheinlich wäre dies der erste Punkt, an dem man Kompromisse eingehen müsste, falls es je zur tatsächlichen Realisierung käme
  • Die Autoren merken an, dass die Struktur wahrscheinlich zu voluminös wäre, um unter die Nutzlastverkleidung der Falcon Heavy zu passen – das wäre noch das geringste Problem, dann müsste SpaceX halt eine größere Verkleidung entwickeln
  • Es wird angenommen, dass man etwa vier Ziele im Jahr jeweils eine Stunde lang beobachten könnte, für eine Missionsdauer von drei Jahren. Eine längere Missionsdauer und damit mehr Beobachtungen gingen auch, aber dazu müsste man das Monstrum von Satellit alle drei Jahre im Orbit betanken.

Also 12 Beobachtungen – ganze 12 Stunden Wissenschaft in drei Jahren Mission? Dafür so eine gigantische Mission? Damit müsste man gegen das  Konkurrenzprojekt HabEx anstinken, das zwar mit einem viel kleineren Teleskop operieren muss, dafür aber nicht mit atmosphärischen Störungen  zu tun hat und bahnmechanisch und regelungstechnisch dann doch ein ganzes Stück weniger problematisch ist – wenn auch sicher immer noch nicht gerade einfach.

Michael Khan

Ich bin Luft- und Raumfahrtingenieur und arbeite bei einer Raumfahrtagentur als Missionsanalytiker. Alle in meinen Artikeln geäußerten sind aber meine eigenen und geben nicht notwendigerweise die Sichtweise meines Arbeitgebers wieder.

15 Kommentare

  1. Ja, das wäre wirklich toll, wenn man mit dem 39-Meter-Teleskop ELT Exoplaneten dank Satelliten-Starshield beobachten könnte, denn so ein grosses Weltraumteleskop wird es in den nächsten 30 Jahren mit einiger Sicherheit nicht geben (ausser Spacex läutet ein ganz neues Raumfahrtzeitalter ein).

    Nun, auch HabEx hat die Nase ganz vorn, denn was packt sowohl Laien wie auch Astronomen mehr als die möglichst realistische Ausmalung von Exowelten, von Exowelten, von denen einige vielleicht sogar habitabel sind. HabEx liefert sogar Spektren und lässt damit Schlüsse auf die Atmosphäre der Exoplaneten zu.

    Wenn ich meiner Fantasie freien Lauf lasse stelle ich mir schon mal vor, wie man mit HabEx einen erdähnlichen Planeten findet und dann anschliessend vielleicht mit einer grossen Radioschüssel TV-Programme von Extraterrestrien einfängt – das wäre doch etwas für Leute, die genug von ARD und Netflix haben und nach etwas Neuem dürsten.

  2. Noch eine Bemerkung zur Unterscheidung Koronograph und Starshade: ein Koronograph ist ein teleskopinterner „Starshade“ und die Mission HabEx hat beides, sowohl einen Koronographen beim 4 Meter-Teleskop als auch einen 56 Meter weiten Starshade in 76‘000 Km Entfernung. Beide (Teleskop+Starshade) verfügen über Raketenantriebe zur Positionierung und Drehung.
    Persönlich scheinen mir die Präzisionsanforderungen bei der Positionierung des Starshades relativ zum Teleskop (Zitat: müssen die Sonden ihre relative Position auf den Meter genau messen, kennen und halten können) nicht besonders anspruchsvoll, denn der zu okkultierende Stern des zu beobachtenden Exoplaneten befindet sich ja immer an derselben Stelle und schon heutige Teleskope sind in der Lage mit unheimlicher Präzision immer auf denselben Punkt im Himmel ausgerichetet zu sein, selbst wenn sich dieser Punkt bewegt wie dies bei erdgebundenen Teleskopen der Fall ist. Und Vermessungen, Distanz- und Winkelbestimmungen zum Starshade auf einen Meter genau sind selbst für heutige GPS-Systeme kein Problem. Für Time of Flight Messungen via Laser ist wohl eine noch weit grössere Präzision möglich. Korrekturen der Starshapeposition benötigen letztlich einen sehr schwachen, aber hoch präzis zu regulierenden Raketenantrieb – aber auch das gibt es schon und wurde z.B für Lisa Pathfinder eingesetzt. Das Problem ist wohl eher die Erstpositionierung des Starshade und natürlich die Repositionierung, wenn man den nächsten Exoplaneten beobachten will und der Starshade somit eine kleine Reise antreten muss.

    Die grösste Anforderung ist wohl, dass nach der Installierung alles wie geplant funktionieren muss, denn ein nachträglicher Bugfix ist nicht möglich.

    HabEx Koronograph hat übrigens einen Kontrast von 2.5*10^10, als 25 Milliardenfach und der Starshade hat einen Kontrast von 10^10, also Milliardenfach.
    Ein bisschen bedauerlich ist die kurze Lebenszeit von HabEx von 5 Jahren bei maximal 10 Jahren weil dann die „Consumsbles“ (wohl Kühlmittel und Treibstoff) ausgehen.

    • Ein Koronograf ist erst einmal alles, womit man einen Stern abdeckt, um leuchtschwächere Phänomene in seiner nahen Umgebung beobachten zu können. Man unterscheidet zwischen internen und externen Koronografen. Der von der erwähnten Mission Proba 3 ist ein externer Koronograf, der auf einer eigenen Plattform in 150 Meter Entfernung vom Teleskop fliegt.

      Alle Literatur zu den hier erwähnten Exoplaneten-Beobachtungsmissionen verwendet die Bezeichnung “Starshade” für den autonomen, entfernt fliegenden Koronografen. Ich passe mich der Nomenklatur an, um Verwirrjung zu vermeiden.

      Ihre Darlegungen zur relativen Positionierung von Starshade und Teleskop bei HabEx sind unzutreffend.

      – Erstens verwechseln Sie Orientierung und Positionierung.
      – Zweitens ist, entgegen Ihrer Annahme, GPS in der L2-Region in 1.5 Millionen km Entfernung hinter der Erde nicht einsetzbar.
      – Dann sind Laser-Abstandsmessungen auch nicht sonderlich hilfreich, denn es ist ja nicht die Line-of-Sight-Komponente, sondern die rechtwinklig dazu liegenden Plane-of-Sky-Positionskomponenten, die metergenau gesteuert werden müssen. Bei denen ist die Laser-Abstandsmessung aber nicht aussagekräftig. Ein Laser wird allerdings zusamen mit Laserreflektoren schon zum Einsatz kommen, aber nicht so, wie Sie sich das vorstellen.
      – Auf Lisa Pathfinder wurde Ultraschwachschub verwendet, um externe Störkräfte auf die Probemassen auszugleichen. Da hat man zumindest ein eindeutiges Mess-Signal – die Raumsonde muss den darin frei schwebenden Testmassen “ausweichen”. Kompliziert wird das Ganze duch die erforderliche Mess- und Regelgenauigkeit. Bei HabEx dagegen passiert etwas ganz anderes – da soll der Starshade, wenn das Teleskop von einem Exoplanetensystem zu einem anderen geschwenkt wird, auf eine andere Bahn um den L2-Punkt herum verschoben werden – eine einfache lineare Verschiebung geht aus bahnmechanischen Gründen nicht – und dann metergenau in der Sichtlinie positioniert werden. Das hat mit der Situation bei Lisa Pathfinder ganz genau gar nichts zu tun.

      • Gemäss HabEx Final Report handelt es sich bei der Ausrichtung des Starshades relativ zum Teleskop um ein Problem des Formation-Flyings – und Missionen mit Formation Flying gab es schon, wenn auch nicht mit so grossen Distanzen. Man liest unter den Frequently Asked Questions zur eingesetzten Technologie folgendes:
        Several missions, including NASA’s Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On (GRACE-FO), have already successfully demonstrated precision formation flying (albeit at smaller separations). An S-band radio system on each HabEx spacecraft and a set of laser beacons allow the two to share position knowledge. This is used in a control algorithm that takes into account information from both vehicles to make attitude control decisions. Through NASA’s S5 efforts, this formation flying technology has been advanced and is currently at Technology Readiness Level 5 (TRL 5)

        Technical Readiness Level 5 wäre Versuchsaufbau in Einsatzumgebung. Gefühlsmässig würde ich bei bereits erfolgtem Einsatz dieses Systems ein höheres TRL vergeben, aber vielleicht ist ja das S-Band System (Zitat: NASA’s S5 efforts) neu.

        Zu den Microthrustern liest man:

        HabEx wurde entwickelt, um die Ausrichtung mit Hilfe von Triebwerken anstelle von Reaktionsrädern zu ändern, die eine Hauptquelle für Jitter bei Raumfahrzeugen darstellen. Der HabEx-Mikrothruster-Ansatz hat seine Wurzeln in den ESA Missionen Gaia und Laser Interferometer Space Antenna (LISA) Pathfinder , bei denen die spezifische Technologie, auf der HabEx basiert, in letzterer geflogen wurde.

        Die Microthruster dienen sonst nur gerade zum Ausgleich des Sonnendrucks, während das Haupteleskop für Korrekturen seiner Position und Ausrichtung im L2 herkömmliche chemische Treibstoffe verwendet.

  3. Proba 3 der ESA soll vor allem den Formationsflug demonstrieren mit dem Ziel Technology Readiness 9 zu erreichen. Zitat:

    It is important to note that the PROBA-3 mission design is completely driven by the need to fulfil the FF (Formation Flying) demonstration objectives.

    Die europäischen Missionen Tandem-X (2 über relatives GPS gekoppelte SAR-Satelliten) und PRISMA (schwedisches Formationsflug-Duo für Demozwecke) können als Vorgänger von PROBA-3 betrachtet werden, PROBA-3 will aber eine viel höhere Präzision erreichen und zudem komplizierte Formationsflugmanöver durchführen können.

    • Ich kann jetzt wirklich nicht ganz einordnen, was dieses Trommelfeuer an Kommentaren soll. Das Positionierungsproblem bei HabEx ist um Größenordnungen schwieriger zu lösen als andere Formationsflüge. Das wird sich schon irgendwie lösen lassen, aber es ist lange nicht dasselbe wie relativ naher Formationsflug im niedrigen Orbit mit ganz anderen Anforderungen und Problemstellungen.

  4. Hallo,
    Wie geschlossen wäre denn so ein Orbit? Bzw. genauer: Gibt es denn vielleicht einen Orbit, der nach definierter Zeit wieder nah genug an die Sichtlinie ELT-Stern herankommt? Wenn 20 Minuten nicht gehen, könnten vielleicht alle x Tage 5 Minuten Beobachtungszeit möglich sein. Quasi eine Zeitrafferaufnahme, die potentielle Planetenbewegung viel sichtbarer macht.
    Für die Zeit zwischen den Intervallen findet man vielleicht ein paar ähnlich weit entfernte Sterne im Beobachtungsfenster.
    Grüße!
    K. Eilers

    • Mir wurde die Anforderung gestellt, von idealerweise einstündigen Beobachtungsdauern auszugehen. Auch bei deutlich kürzeren Beobachtungsdauern wäre der Starshade auf einer Freiflugbahn ja immer noch lange nicht konstant auf der Sichtlinie. Ich gehe einfach mal davon aus, dass die Leute, die die Anforderung gestellt haben, auch wissen, wovon sie reden, weil das ihr Job ist. Wahrscheinlich braucht man ganz einfach eine nicht zu kurze Beobachtungsdauer, vor allem, wenn man auch noch Spektren haben will.

      Dass innerhalb von aufeinanderfolgenden Umläufen Beobachtungsfenster existieren, kann schon sein, aber nicht ohne Nachregelung der Bahn. Dass dann als Beifang auch noch ein anderers Exoplanetensystem beobachtet werden kann, müsste schon sehr großes Glück sein. Allerdings reden Mather et al. auch selbst nur von 12 Beobachtungen in drei Jahren. Das spricht eher gegen die Chance, mal eben so noch einen anderen Exoplaneten sehen zu können.

      Abgesehen davon, dass das ELT ja nicht allein für diese Beobachtungen gebaut wird. Die haben da Nacht für Nacht ein lange im voraus geplantes und reserviertes Programm. Ich denke nicht, dass man dauernd alles über den Haufen werfen kann.

      Es gibt ja zwei Möglichkeiten der Abhilfe. Entweder, man schiebt während der Beobachtungen den Starshade mit dem Triebwerk in die Sichtlinie. Wobei ich allerdings nicht weiß, wie der Abgasstrahl die Messungen der Spektren beeinflusst. Oder aber, man wählt lieber gleich die Option HabEx man platziert auch das Teleskop im Orbit. Kann sein, dass es bis dahin auch größere Spiegel im Orbit geben wird. Ich wüsste nichts, was dagegen spricht. Das JWST hat schon einen 6.5-Meter Spiegel, der aus 18 Elementen zusammengesetzt ist. Wenn man mit einer größeren Rakete startet, wo mehr unter die Nutzlastverkleidung passt, könnten vielleicht auch größere Spiegel möglich sein. Dann wäre das Hauptargument für die Verwendung des ELT entkräftet und es gäbe keinen Grund mehr, den gewaltigen Aufwand zu betreiben, den Mather et al. in ihrem White Paper beschreiben.

    • @Keno Eilers (Zitat): Quasi eine Zeitrafferaufnahme, die potentielle Planetenbewegung viel sichtbarer macht.
      Auf den ersten Blick eine gute Idee. Ich denke da an eine geostationäre Position des Okkulter-Satelliten. Für die Beobachtungszeit von den oben vorgeschlagenen 5 Minunten würde der geostationäre Sarshade seine Position so verändern und anpassen, dass der Stern okkultiert ist und das EELT den Exoplaneten beobachten könnte.
      Ich könnte mir aber vorstellen, dass diese Idee allein schon an der nötigen grossen Bewegung des Starshade-Satelliten während der beabischtigten Okkultationszeitspanne (z.B. 5 Minuten) scheitern könnte oder dass er anschliessend nicht mehr in einer geostationären Bahn wäre oder zurückkehren könnte.
      Eine geostationäre Bahn des Starshade-Satelliten wäre in meinen Augen darum gut, weil dann das Okkultationsereignis sehr gut und lange voraussberechenbar wäre.

      • Nicht nur die Expertengruppe um John Mather, sondern auch ein allein werkelnder Missionsanalytiker aus Europa kommen unabhängig voneinander zum Ergebnis, dass der Starshade auf einer hochexzentrischen Bahn mit unterschiedlicher, für viele Zielobjekte sehr großer Bahnneigung fliegen muss (muss, nicht soll).

  5. Selbst bei Nachführung des Starshade : verhindert nicht die schnell wechselnde Luftunruhe generell eine solche erdgestützte Beobachtung? Das ELT mag das ja ausgleichen können, aber das Telekop ändert dabei die Blickrichtung. Liegt der Starshade dann nicht neben dem Stern, wenn wir von so kleinen Winkeln hier reden?

    • Ich nehme an, Sie beziehen sich da auf die adaptive Optik. Da der Starshade während der Beobachtungen in mehr als 200,000 km Abstand wäre, denke ich, dass er von einem terrestrischen teleskop aus immer als in der Sichtlinie stehend wahrgenommen werden würde (wenn man ihn dort platzieren und halten kann, was das wirkliche Problem ist).

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