Die Weltraumsonde PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of Stars) wird uns schon bald tiefer in die faszinierenden Welten der extrasolaren Planeten eintauchen lassen. Ziel der Mission ist es nämlich, Planeten zu finden, die der Erde ähneln und auf denen Wasser vorhanden ist, also vielleicht sogar Leben in irgendeiner Form vorkommen könnte. Voraussetzung dafür ist, dass sich diese Planeten in der richtigen Entfernung zu ihrem Stern befinden, in einem Bereich mit gemäßigten Temperaturen, der sogenannten „habitablen Zone“. Vor rund zehn Jahren hat die Europäische Weltraumorganisation ESA die Mission PLATO ausgewählt, und inzwischen ist diese weit gediehen, denn der angepeilte Starttermin im Jahr 2026 rückt näher.
Auf Planetenjagd mit der Transitmethode
Um Planeten zu finden, die um andere Sterne kreisen, wird PLATO die Transitmethode benutzen, die bereits von vorherigen Missionen wie etwa CoRoT erfolgreich eingesetzt wurde. Ein Planet, der zwischen uns und seinem Stern vorbeizieht, verdeckt einen Teil der Sternscheibe. Dadurch nimmt die Helligkeit des Sterns regelmäßig bei jedem „Transit“ vor der Sternenscheibe ab. Durch solche periodischen, aber sehr winzigen Helligkeitsänderungen kann man Planeten aufspüren. Die Empfindlichkeit und Auflösung der Instrumente und stabile Ausrichtung des Teleskops sind extrem wichtig, um solche kleinen Signale zu finden und auszuwerten. Messbar sind Helligkeitsunterschiede von bis zu einem Zehntel Promille des Sternenlichts.
PLATO-Untersuchungsgebiete mit langer Beobachtungszeit
Zwei ausgewählte PLATO-Untersuchungsgebiete mit einer langen Beobachtungszeit für mindestens zwei Jahre (blau), das Feld in der südlichen Hemisphäre wird zuerst von PLATO untersucht werden. Die Beobachtungsfelder anderer Missionen werden in Rot (CoRoT) und Magenta/Grün (Kepler/K2) dargestellt.
Credit:
Nascimbeni et al., A&A, 658, A31 (2022)
PLATO: ein neuartiges Teleskop-Design mit 26 Kameras
Statt eines einzigen Teleskops mit einem großen Spiegel verwendet PLATO 26 einzelne optische Kameras, welche die Lichtintensität tausender individueller Sterne messen. Diese Aufnahmen können anschließend kombiniert werden. In jeder Kamera befinden sich vier großformatige CCD-Sensoren. Ihre Aufgabe ist es, die Lichtsignale in elektrische Ladung umzuwandeln.
Kameras mit verschiedenen Aufgaben
Die optischen Elemente der vor den Kameras befindlichen Teleskope sind in allen Kameras identisch, die Sensoren unterscheiden sich aber darin, in welchem Takt Daten ausgelesen werden. Es gibt zwei „schnelle“ Kameras, deren CCDs alle 2,5 Sekunden ausgelesen werden, und es gibt die 24 „normalen“ Kameras mit einem Takt von 25 Sekunden. Die Information von den schnellen Kameras braucht man, um den Satelliten präzise auszurichten und nachführen zu können.
Die 24 normalen Kameras sind in Gruppen von jeweils sechs Stück angeordnet. Sie sind die eigentlichen Arbeitspferde, die die Tausenden von Sternen beobachten und so die Lichtkurven liefern werden, in denen sich Planetentransits finden. Sie sind so ausgerichtet, dass die Mitte des Untersuchungsgebiets von allen Kameras erfasst wird, während die weiter außen liegenden Bereiche nur noch von 18, zwölf oder sechs Kameras abgedeckt werden. Damit werden Sterne in der Mitte des Bildfeldes mit der höchsten Genauigkeit gemessen.
Darstellung des Blickfelds der PLATO-Kameras
Das Blickfeld der 26 Kameras umfasst einen Himmelsausschnitt von etwa 49 mal 49 Grad. Das entspricht etwa fünf Prozent der gesamten Himmelssphäre. Die Blauschattierungen weisen auf die unterschiedliche Anzahl von Kameras hin. Die Mitte des Bildes wird von allen 26 Kameras betrachtet, weiter außen sind es nur noch 18, zwölf und sechs.
Credit:
Nascimbeni et al., A&A, 658, A31 (2022)
Die äußerst anspruchsvolle Ausleseelektronik und die Elektronik zur Datenverarbeitung der schnellen Kameras, die auch die exakte Ausrichtung des Satelliten berechnet, wurden an den beiden Berliner DLR-Weltrauminstituten, dem Institut für Planetenforschung und dem Institut für Optische Sensorsysteme, entwickelt und für die Mission „startklar“ gemacht. Es gibt noch eine Besonderheit bei den schnellen Kameras: Sie sind mit einem Blau- beziehungsweise Rotfilter ausgestattet. So kann man Transitereignisse in den kürzeren blauen und den längeren roten Wellenlängen aufzeichnen. Unterschiede der Transitsignale in den Wellenlängen können Hinweise auf die Oberfläche oder eine mögliche Atmosphäre der beobachteten Exoplaneten liefern.
Integration der ersten Kameras
Die erste Kamera ist auf der Spezialplattform von PLATO montiert
Die erste von 26 PLATO-Kameras wurde auf der optischen Bank bei der Firma OHB in Oberpfaffenhofen im Juni 2024 integriert. Sie sitzt in der oberen Reihe und ist als schwarzer, zylinderförmiger Körper erkennbar, die weißen Abdeckungen markieren die Plätze der restlichen Kameras.
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OHB System AG
Die ersten zehn Kameras sind inzwischen auf Herz und Nieren getestet und als weltraumtauglich qualifiziert worden. Sie sind an die Firma OHB System AG in Oberpfaffenhofen, den Hauptauftragnehmer der PLATO-Mission, übergeben worden. Dort werden sie nun auf einer speziellen Plattform, der so genannten optischen Bank, hochpräzise montiert und justiert. Erste Kameras wurden im Juni dieses Jahres integriert, und bis zum Ende des Jahres werden die restlichen Kameras hinzukommen.
Alle Kameras sind „echte Europäer“
Die einzelnen Bauteile, optischen Elemente, Detektoren und elektronischen Module wurden in verschiedenen europäischen Ländern gebaut und werden nun in Belgien zusammengeführt. Am Centre Spatial de Liège (CSL) in Lüttich wurden die 26 Kameras bereits zusammengebaut. Die Weltraumqualifizierung findet in drei Testeinrichtungen statt: in den Niederlanden beim SRON Netherlands Institute for Space Research in Groningen, in Frankreich am Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS) in Paris und in Spanien beim National Institute of Aerospace Technology (INTA) in Madrid.
Dabei werden die Kameras in einer genau festgelegten Prozedur bezüglich ihrer Strukturfestigkeit („Rütteltest“), ihres Verhaltens im Vakuum und bei Temperaturänderungen unterworfen. Reparaturarbeiten wie sie am Hubble-Space-Teleskop wegen seiner geringen Flughöhe noch mit dem Space-Shuttle möglich waren, sind bei PLATO ausgeschlossen. Hier darf nichts schief gehen. PLATOs endgültige Position ist der sogenannte Lagrangepunkt 2, der 1,5 Millionen Kilometern von der Erde entfernt ist, in Richtung der verlängerten Achse Sonne-Erde. Dort bewegen sich auch das James-Webb-Weltraumteleskop und die europäische Gaia-Sonde.
Europäische Kooperation bei der PLATO-Mission
PLATO ist eine M-Klasse-Mission der Europäischen Weltraumorganisation ESA in ihrem Programm „Cosmic Vision 2020-2025“. Ziel der Mission ist es, in der Milchstraße vor allem erdähnliche extrasolare Planetensysteme zu finden und sie zu charakterisieren. PLATO soll Ende 2026 mit einer Ariane-6-Rakete vom europäischen Weltraumzentrum Kourou (Französisch-Guayana) starten.
Die Nutzlast der PLATO-Mission wird von einem internationalen, wissenschaftlichen Konsortium gemeinsam mit der ESA entwickelt. Das internationale PLATO Nutzlast-Konsortium wird über nationale Agenturen von über 13 beteiligten Ländern aus Europa sowie Brasilien finanziert, darunter auch durch die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK). Die Leitung des PLATO Nutzlast Konsortiums (PLATO Payload Consortium) liegt bei Prof. Heike Rauer, Direktorin des DLR-Instituts für Planetenforschung in Berlin-Adlershof. Ein Team aus den DLR-Instituten für Planetenforschung sowie für Optische Sensorsysteme unterstützt die Mission, insbesondere bei Kalibration, Betrieb und Ausführung. Dazu gehören auch die Entwicklung und der Bau der Ausleseelektronik der beiden schnellen Kameras sowie der Nutzlast-Computer und Teile der Datenverarbeitung an Bord des Weltraumteleskops.
