Kepler: Der Planetenjäger geht in die ewigen Jagdgründe

Das Kepler-Weltraumteleskop entdeckte Tausende Planeten und ferne Sterne und zeigte, dass Planeten der Normalfall und keine Ausnahme sind. Ohne Treibstoff geht nun seine einzigartige Mission zu Ende.

Artikel von Frank Wunderlich-Pfeiffer veröffentlicht am 31. Oktober 2018, 9:37 Uhr

Das Kepler Space Telescope - künstlerische Darstellung (Bild: Wikimedia)

Seit 2009 lieferte das Kepler-Weltraumteleskop Beobachtungsdaten von über 100.000 Sternen, um Planeten aufzuspüren. Der Planetenjäger war darin überaus erfolgreich. 2.681 bestätigte Planeten und 2.899 Kandidaten für die Beobachtung eines Planeten haben die Wissenschaft der Exoplaneten einen großen Schritt weitergebracht. Am Dienstag hat die Nasa bekanntgegeben, dass der Mission endgültig der Treibstoff ausgegangen ist und der Forschungsbetrieb eingestellt werden muss.

Der Treibstoff wurde benötigt, um das Teleskop zu stabilisieren und für die Datenübertragung zur Erde zu drehen. Das ganze Teleskop muss gedreht werden, damit die Antenne Richtung Erde ausgerichtet werden kann. Kepler befindet sich in einem eigenen Orbit um die Sonne, der etwas von der Umlaufbahn der Erde abweicht. Damit bleibt die Stelle im Himmel, die beobachtet wird, zwar immer gleich, aber die Position der Erde verändert sich von Kepler aus gesehen ständig. Ohne den Treibstoff kann das Teleskop nicht mehr stabil gedreht werden. Kepler wird nun abgeschaltet und treibt weiter in seinem Orbit.

Die geplante Missionsdauer wurde um mehr als das Doppelte überschritten. Kepler sollte genaue Helligkeitsdaten von Sternen liefern, um den leichten Abfall der Helligkeit bei einer Bedeckung des Sterns durch Planeten in ihrem Orbit zu messen. Die Beobachtungsdaten kamen von 42 CCD-Sensoren mit zusammen 95 Megapixeln. Die Datenverarbeitung geschah mit einer strahlungsgeschützten Variante eines PowerPC-750-Prozessors mit 200 MHz Rechentakt. 16 GByte Speicher reichten aus, um Messdaten von zwei Monaten zu speichern und später mit bis zu 4,3 MBit/s zur Erde zu senden.

Bei der Auswertung der Forschungsergebnisse wurde bald klar, dass es in unserer Milchstraße wohl mehr Planeten als Sterne gibt. Dabei war Kepler für die Beobachtung sonnenähnlicher Sterne ausgelegt. Bei dieser Gruppe von Sternen wird inzwischen geschätzt, dass von ihnen etwa 20 bis 50 Prozent zumindest einen Planeten innerhalb der habitablen Zone haben, der kein Gasriese ist. Auf der Oberfläche dieser Planeten könnte Wasser in flüssiger Form existieren, was sie für weitere Beobachtungen besonders interessant macht. Alle Messdaten der Mission sind öffentlich im Internet zugänglich.

Im Weltraum kann die Atmosphäre nicht stören

Von der Erdoberfläche aus wäre die Mission kaum durchführbar gewesen. Wenn etwa die Erde vor der Sonne entlangzieht, würde die Helligkeit der Sonne aus der Ferne gesehen etwa nur um 0,008 Prozent sinken. Helligkeitsmessungen mit dieser Präzision benötigen keine besonders großen Teleskope, dafür aber gute Beobachtungsbedingungen. Die unruhige Erdatmosphäre macht sie sehr schwierig.

Für die Messungen wurde das Weltraumteleskop mit einer 95-Zentimeter-Schmidt-Teleskop-Optik ausgestattet und wog so beim Start nur 1.052 Kilogramm. Größere Teleskope als Kepler mit mehr als einem Meter Durchmesser sind zwar selbst in kleineren Universitätssternwarten anzutreffen, aber keines hätte von der Erde aus die gleichen Messungen durchführen können. Außerdem ermöglichte das niedrige Gewicht durch das kleine Teleskop noch einen Start mit einer der letzten Delta-II-Raketen.

Defekte Schwungräder behinderten die Mission

Die Kepler-Mission verlief insgesamt sehr erfolgreich und erfüllte alle Erwartungen, aber sie war keineswegs problemlos. Die Mission litt unter dem Versagen mehrerer Schwungräder, mit denen die Lage des Teleskops im Weltraum kontrolliert wird. Damit war Kepler nicht allein. Auch andere Missionen, wie die japanische Raumsonde Hayabusa und die Kleinplanetensonde Dawn, wurden mit Schwungrädern des gleichen Herstellers ausgestattet und von ähnlichen Problemen betroffen.

Seit 2013 standen Kepler nur noch zwei Schwungräder zur Verfügung. Aber die Ingenieure der Nasa fanden einen Weg, die Stabilisierungsfunktion des dritten Rades zumindest eingeschränkt durch den Lichtdruck der Sonne zu erfüllen und so weiterhin wissenschaftliche Daten zu liefern. Die Defekte der Schwungräder konnten letztlich auf elektrische Aufladungen durch Sonnenstürme zurückgeführt werden. Sie führten in den Kugellagern der Schwungräder zur Bildung von Blitzen, die das Material oberflächlich anschmolzen. Schon vor der Aufklärung der Fehlfunktionen wechselte der Hersteller zu Lagern aus Keramik, die solche Probleme nicht haben.