05.11.2021 | Forschung | Umwelt & Materie

ESA Voyage 2050 und NFS PlanetS: Das passt zusammen!

Dieses Jahr hat die Europäische Weltraumorganisation ESA drei Themen für ihre grössten Wissenschaftsmissionen für den Zeitraum 2035-2050 ausgewählt. An zwei dieser Themen ist der Nationale Forschungsschwerpunkt (NFS) PlanetS mit vielversprechenden Projekten aktiv beteiligt.

Von Arian Bastani

Wenn Sie ein Budget von 1 Milliarde hätten, wohin würden Sie gehen? Auf die Bahamas? Die ISS? Vielleicht auf den Mond oder sogar auf einen fernen Planeten? In den letzten zwei Jahren hat sich die ESA genau diese Frage gestellt. Aus den fast 100 Ideen für wissenschaftliche Untersuchungen, die vorgeschlagen wurden, hat sie drei mögliche Antworten ausgewählt: Europa und Enceladus (die Eismonde von Jupiter und Saturn), klimatisch gemässigte Exoplaneten und die Milchstrasse sowie die Erkundung des frühen Universums mit neuen physikalischen Sonden. Die ersten beiden Themen verfolgt der NFS PlanetS bereits mit konkreten Plänen und Projekten.

Leben unter dem ewigen Eis aufspüren

Seit der Entdeckung globaler Ozeane auf dem Jupitermond Europa und dem Saturnmond Enceladus sind diese beiden Himmelskörper zunehmend in den Fokus bei der Suche nach ausserirdischem Leben gerückt. Doch ihre Ozeane sind unter kilometerdicken Eisschichten verborgen. Falls es dort Anzeichen für lebende Organismen gibt, werden sie nur schwer zu finden sein.

Der NFS PlanetS ist durch seine Mitglieder Andreas Riedo und Niels Ligterink, die an der der Universität Bern forschen, an der Entwicklung des empfindlichsten Instruments für die Suche nach Leben beteiligt: dem ORganics Information Gatherin Instrument. Kurz: ORIGIN. Dank seines ausgeklügelten Konzepts kann das Instrument selbst die schwächsten Spuren von Leben aufspüren und identifizieren: «ORIGIN richtet Laserpulse auf kleine Materialproben, die etwa von Oberfläche eines Mondes entnommen werden können. Dabei wird das Material ionisiert und gasförmig. Mit unserem Massenspektrometer kann die chemische Zusammensetzung dieser Probe direkt analysiert werden», erklärt Niels Ligterink. Andreas Riedo fügt hinzu: «Das Überzeugende an unserer Technologie ist, dass keine komplizierten Probenvorbereitungstechniken erforderlich sind, die das Ergebnis möglicherweise beeinflussen könnten.»

In seiner neuesten Version kann ORIGIN Messungen auch bei sehr niedrigen Temperaturen durchführen, eine wichtige Verbesserung für die Suche nach Leben auf einer gefrorenen Welt. Im Gegensatz zu bisherigen Instrumenten zum Nachweis von Leben im Weltraum erkennt ORIGIN verschiedene Art von Biomolekülen. «Wir konnten bereits Biomoleküle in Proben von komplexem Permafrost nachweisen. Oberflächen, also, die wir in ähnlicher Form auch auf den Eismonden erwarten würden», betont Riedo und fügt hinzu: «Die Messmöglichkeiten und die Empfindlichkeit von ORIGIN übertreffen damit bisherige Weltrauminstrumente deutlich».

Bereits haben mehrere Raumfahrtorganisationen Interesse bekundet, ORIGIN für künftige Missionen zu testen. Mit ihrer Entscheidung, möglicherweise einen der eisigen Monde ins Auge zu fassen, könnte auch die ESA Verwendung für ORIGIN finden.

Erdähnliche Exoplaneten Planeten in Infrarotlicht

Zu den Themen, die die ESA in ihrem Voyage-2050-Prozess ausgewählt hat, gehört die Suche nach klimatisch gemässigten Exoplaneten – also Planeten ausserhalb unseres Sonnensystems, mit erdähnlichen Temperaturen, die in ihrer Atmosphäre oder auf ihrer Oberfläche flüssiges Wasser enthalten könnten.

Die Charakterisierung von Planeten, die viele Lichtjahre entfernt sind, ist bereits eine schwierige Aufgabe. Doch klimatisch gemässigte Gesteinsplaneten stellen eine besondere Herausforderung dar, da sie relativ klein sind und ihren Stern in einer grossen Entfernung umkreisen. Das macht es schwierig, sie mit der gängigen Transitmethode zu untersuchen, bei der das Licht des Sterns analysiert wird, das die Atmosphäre des Planeten durchquert und mit den vorhandenen Molekülen wechselwirkt. Diese Wechselwirkungen hinterlassen Spuren im Sternenlicht und geben so Aufschluss über die Atmosphäre des Planeten. Doch je kleiner ein Planet ist und je weiter er von seinem Stern entfernt ist, desto geringer ist die Chance, einen solchen Transit zu erfassen. Viele Moleküle die mit Leben in Verbindung gebracht werden – wie Wasser, Sauerstoff oder Methan – wechselwirken auch mit infrarotem Licht, das von den Planeten selbst stark abgestrahlt wird. Um Anzeichen für Leben auf fernen Planeten zu finden, ist es daher sinnvoller, nach dieser Art von Infrarotlicht zu suchen.

Genau darauf zielt das Projekt des LIFE-Teleskops ab. «Infrarotlicht ist aber viel schwieriger zu detektieren als das helle Licht eines Sterns», erklärt Adrian Glauser, leitender Instrumentenwissenschaftler des LIFE-Projekts an der ETH Zürich und Mitglied des NFS PlanetS. Für den direkten Nachweis der schwachen Planetenemission braucht es ein grosses Teleskop, das sich im Weltraum befindet.

«Leider passt ein Teleskop von der Grösse des 39-Meter-Teleskops 'ELT' der ESO, das derzeit in Chile gebaut wird, nicht in eine Rakete», erklärt der amtierende Leiter der LIFE-Mission,  ETH-Professor und NFS PlanetS Mitglied Sascha Quanz lachend. Deshalb soll bei der LIFE-Mission ein Schwarm von fünf kleineren Teleskopen ins All geschickt werden, die in Formation fliegen und durch ein Mittelstück optisch miteinander verbunden sind. «Damit erreichen wir eine effektive Spiegelgrösse von bis zu 200 Metern und können das sehr schwache Infrarotlicht von Planeten aufspüren», so Glauser.

Obwohl die Aufgabe gewaltig ist, das Projekt sich noch in einem frühen Stadium befindet und der Zeitplan einen langen Atem erfordert, schreckt Glauser davor nicht zurück. «Ich bin bereit, den Rest meiner Karriere diesem Projekt zu widmen», sagt er. Sascha Quanz, der das Projekt als eines der Voyage 2050-Themen der ESA vorgeschlagen hatte, fügt hinzu: «Die Auswahl des Themas ist natürlich eine aufregende Nachricht für die LIFE-Initiative und ein zusätzlicher Ansporn für unsere Aktivitäten!»

Der Nationale Forschungsschwerpunkt (NFS) PlanetS

Planetenforschung made in Switzerland

Der Schweizer Nationalfonds sprach 2014 der Universität Bern  den Nationalen Forschungsschwerpunkt (NFS) PlanetS zu, den sie seither gemeinsam mit der Universität Genf leitet. Seit der Beteiligung an der ersten Mondlandung 1969 nimmt die Universität Bern an Weltraummissionen von Organisationen wie NASA, ESA, ROSCOSMOS oder JAXA teil. Sie hat momentan gemeinsam mit der Universität Genf die Leitung der CHEOPS-Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) inne. Zudem sind die Berner Forschenden an der Weltspitze mit dabei, wenn es etwa um Modelle und Simulationen zur Entstehung und Entwicklung von Planeten geht.

Mit der Entdeckung des ersten Exoplaneten positionierte sich die Universität Genf als eine der führenden Institutionen auf dem Gebiet. Das führte beispielsweise 2003 zum Bau und der Installation des Spektrographen HARPS auf dem 3,6m-Teleskop der ESO in La Silla unter Genfer Leitung. Darauf folgte das ESPRESSO-Instrument auf dem ESO-Teleskop VLT in Paranal. Ebenfalls in Genf befindet sich das «Science Operation Center» der CHEOPS-Mission.

Partnerinstitutionen im NFS PlanetS sind auch die ETH Zürich und die Universität Zürich. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus den Bereichen Astrophysik, Datenverarbeitung und Erdwissenschaften leiten Projekte und leisten wichtige Beiträge zur Forschung im Rahmen des NFS PlanetS. Zudem ist die ETH an der Instrumentierung für diverse Observatorien und Weltraummissionen weltweit führend beteiligt.

Der NFS PlanetS ist in die folgenden Forschungsbereiche gegliedert:

  • Frühe Stadien der Planetenentstehung
  • Architektur von Planetensystemen, ihre Entstehung und Entwicklung
  • Atmosphären, Oberflächen und das Innere von Planeten
  • Bestimmung der Bewohnbarkeit von Planeten.

 

Mehr Informationen: http://nccr-planets.ch/de/

Zum Autor

Arian Bastani ist Wissenschaftsjournalist und arbeitet als Kommunikationsverantwortlicher beim Nationalen Forschungsschwerpunkt (NFS) PlanetS, der an der Universität Bern angesiedelt ist.