CHEOPS steht für “CHaracterising ExOPlanet Satellite” und ist ein Weltraumteleskop, das von der Europäischen Weltraumagentur ESA am 18. Dezember 2019 ins All geschickt worden ist. Ursprünglich war es mal ein Projektvorschlag aus dem Jahr 2010 von Didier Queloz (der 2019 Nobelpreis für Physik erhalten hat) und dem ebenfalls aus der Schweiz stammenden Astrophysiker Willy Benz. Aber die Schweiz konnte sich allein kein so teures Projekt leisten. Dann aber suchte die ESA nach Vorschlägen für neue internationale Projekte und ein Konsortium unter Führung der Schweiz bekam den Zuschlag. CHEOPS wurde gebaut und am 29. Januar 2020 hat es sein Kameraauge erstmals geöffnet und dabei auch seine ersten Aufnahmen gemacht. Nämlich diese hier:

Das Bild zeigt Sterne; mit dem 150 Lichtjahre entfernten gelben Stern HD 70843 im Zentrum des Bildes. Und ja, das Bild ist unscharf. Die Sterne sind, wie die Vergrößerung zeigt, keine Lichtpunkte sondern komische Irgendwase – definitiv nicht so wie man sich Bilder von Sternen vorstellt. Was also ist schief gelaufen bei CHEOPS? Hat man die Optik falsch konstruiert oder sonst irgendwas nicht nach Plan gebaut? Nein – das Bild ist genau so wie es sein soll. Man hat es absichtlich unscharf gemacht.

Das klingt ein wenig nach Ausrede (“Das soll so sein!” sag ich auch immer gerne wenn etwas eigentlich gar nicht so sein soll…) – ist aber keine! So ein Teleskop “wackelt” ja immer minimal, auch wenn es ein Weltraumteleskop ist. Die Pixel des CCD-Chips mit dem die Helligkeit des Sternenlichts aufgezeichnet wird sind nicht alle exakt gleich sensibel. CHEOPS soll aber sehr genau messen und das ist der Grund, warum man das Bild absichtlich über mehrere Pixel “verschmiert”. Denn CHEOPS macht Wissenschaft und auch in der Astronomie bedeutet das nicht immer “schöne Bilder”. Natürlich sind viele der Aufnahmen aus dem All tatsächlich schön – aber in diesem Fall geht es den Astronominnen und Astronomen rein um die Messung der Helligkeit der Sterne. Und vor allem darum, die Veränderungen in der Helligkeit so exakt wie nur möglich zu messen. Dazu muss man kein “schönes” oder scharfes Bild haben – ein verschmiertes unscharfes Bild funktioniert da viel besser.

Und die Helligkeitsänderungen will man deswegen messen, damit CHEOPS das tun kann, was sein (wie üblich in der Wissenschaft) ziemlich elendig konstruiertes Akronym beschreibt: Die Planeten anderer Sterne charakterisieren. Denn wir kennen zwar schon ein paar tausend solcher Planeten. Wir haben sie aber so gut wie immer nur indirekt entdeckt. Das heißt, wir können die Eigenschaften dieser Planeten nur unvollständig bestimmen. Wenn wir zum Beispiel beobachten wie ein Stern ein wenig wackelt weil die Gravitationskraft eines ihn umkreisenden Planeten an ihm zieht, dann können wir daraus die Masse des Planeten bestimmen. Aber nicht etwa den Radius. Beobachten wir dagegen wie ein Stern ein wenig “blinkt” weil ein Teil seines Lichts durch einen Planeten blockiert wird, der den Stern umkreist, dann kann man daraus sehr gut den Radius des Planeten bestimmen aber nicht die Masse. Wir brauchen aber beide Werte, wenn wir zum Beispiel die Dichte des Planeten bestimmen wollen um herauszufinden, ob es sich um einen Himmelskörper aus Gestein handelt wie die Erde oder um einen Gasplaneten wie Uranus oder Saturn.

Künstlerische Darstellung von CHEOPS (Bild: ESA/ATG medialab)

CHEOPS’ Aufgabe ist nun die möglichst exakte Beobachtung der Helligkeitsschwankungen von Sternen bei denen zuvor schon Planeten entdeckt worden sind. Und zwar bei Sternen, die hell genug sind, um nicht nur von CHEOPS im All sondern auch von Teleskopen auf der Erde vermessen werden können. So kann man zum Beispiel mit der einen Methode die Masse des Planeten bestimmen und dann mit CHEOPS den Radius. Insgesamt wird man dank der präzisen Messungen dann herausfinden können, welche Art von Planet man vor sich hat und kann die Informationen an die kommende Generation an Teleskopen (wie das James-Webb-Space-Telescope oder das Extremly Large Telescope) weiterreichen, die dann gezielt noch genauer hinschauen (und vielleicht auch eventuell vorhandenen Atmosphären solcher Planeten analysieren) können.

Der leicht unscharfe Blick von CHEOPS wird sich nun also daran machen, möglichst viele Sterne so genau wie möglich zu betrachten. Und wir werden sehr viel lernen! “This beautifully blurred image carries the promise of a new, deeper understanding of worlds beyond our Solar System.” sagt CHEOPS Projektwissenschaftlerin Kate Isaak. Und mehr muss man dazu auch nicht mehr sagen.

Kommentare (12)

  1. #1 Christian Berger
    10. Februar 2020

    Spannend, das mit der größeren Genauigkeit leuchtet ein. Man kann übrigens, wenn man mal die Unschärfe genau charakterisiert hat, die auch wieder weg rechnen. Das Verfahren nennt sich “Entfaltung” (de-convolution) und wurde auch als Zwischenlösung für Hubble verwendet.

    https://de.wikipedia.org/wiki/Dekonvolution

  2. #2 Captain E.
    10. Februar 2020

    Mit “schönen” Bildern können wir also nicht rechnen?

  3. #3 rolak
    10. Februar 2020

    komische Irgendwase

    Ganz klar Pyramiden. Naheliegend bei Cheops. Im Wortsinn.

  4. #4 AstroK
    11. Februar 2020

    Wenn sich jemand fragt wieso die Abbildungen so Pyramiden-förmig sind: das Ding heisst Cheops! Und der hat was nochmal bauen lassen? Genau, die Pyramiden von Gizeh!

    (OK, zugegeben, eigentlich war es so, dass man normale, runde Abbildungen geplant hatte, aber auf dem Rütteltisch stellte sich heraus, dass der Spiegel nicht stabil bleibt. Also musste man ihn fester anziehen. Dabei hat er sich leicht verbogen => führt nun zu den 3-eckigen Abbildungen. Die sind aber kein Problem da man damit ja keine Bilder im Sinne einer Fotografie machen will sondern Photométrie.)

    Als das Ding gebaut wurde war ich gerade an der Universität Bern (wo das Ding gebaut wurde). Da standen immer mal wieder Teile im Gang herum. An CHEOPS war ich nicht beteiligt, aber man hat ja doch immer mal wieder Gelegenheit mit den Leuten die da planen, vorbereiten und basteln zu sprechen.

  5. #5 Markus Grunwald
    11. Februar 2020

    So viel Text und so wenig Erklärung warum “unscharf” in diesem Fall gut ist.

    Schade, SNR ungenügend, eine verpasste Gelegenheit. Und eine reisserische Überschrift die nicht hält was sie verspricht. Also genau das, was der Autor sonst anprangert.

  6. #6 Florian Freistetter
    11. Februar 2020

    @Markus Grundwald: “Schade, SNR ungenügend”

    Ich beantworte gerne deine Fragen, wenn was unklar geblieben ist. Aber du hast leider deine Kritik nicht sonderlich konkret formuliert, insofern kann ich damit wenig anfangen. An welcher Stelle hättest du dir denn eine genauere Erklärung gewünscht? Denn eigentlich habe ich erklärt warum das unscharfe Bild hier von Vorteil ist. Falls du dir eine ausführliche technische Analyse des Teleskops gewünscht hättest, dann kann ich verstehen wenn du enttäuscht bist. Aber mein Blog richtet sich eben gerade nicht an SpezialistInnen – für die gibt es ja ausreichend Fachliteratur. ZB hier: https://arxiv.org/abs/1908.01636 Oder hier: https://arxiv.org/abs/2001.05587 Oder hier, ganz altmodisch in nem Buch: https://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007%2F978-3-319-55333-7_84

  7. #7 Poster
    11. Februar 2020

    Zu Kommentar #1
    Da wird auch etwas dekonvoluiert. Jedenfalls beim überfliegen der arxiv papers was von PSF gelesen.

    Möge uns jemand mit mehr Zeit als ich erleuchten 😀

  8. #8 Bullet
    12. Februar 2020

    @Markus Grunwald:

    [Artikel says:] Die Pixel des CCD-Chips mit dem die Helligkeit des Sternenlichts aufgezeichnet wird sind nicht alle exakt gleich sensibel. CHEOPS soll aber sehr genau messen und das ist der Grund, warum man das Bild absichtlich über mehrere Pixel “verschmiert”.

    Wenn das nicht eine genaue Erklärung ist, dann weiß ich auch nicht weiter. vielleicht liegt ja wie so oft der Fehler in der Region vor dem Bildschirm und dort hinter den Augen, die dessen Licht einsammeln?

  9. #9 René
    Halle
    12. Februar 2020

    Mmmhhh ich hab auch erst nicht verstanden, warum man nun das Bild absichtlich unscharf macht besser gesagt wie das helfen soll die Genauigkeit der Helligkeitsänderungsmessung zu verbessern. Dazu war auch mir die Erklärung etwas arg kurz. Der Zusammenhang erschloss sich mir erst später, als ich den Abschnitt nochmals gelesen habe und durch die unterschiedliche Sensibilität der einzelnen sensorischen Pixel bei größerer beteiligter Pixelanzahl den Fehler des einzelnen Pixels minimiert. Das stand zwar schon so im Artikel, aber wie gesagt den Zusammenhang erfasste ich auch erst später.
    Keine Kritik, ich bin ja auch hier um mein Hirn mal etwas anzustrengen.

  10. #10 Bullet
    13. Februar 2020

    und durch die unterschiedliche Sensibilität der einzelnen sensorischen Pixel bei größerer beteiligter Pixelanzahl den Fehler des einzelnen Pixels minimiert

    Genau erkannt.

    Es ist auch kein Problem, die Aussage im Text nicht gleich zu verstehen. Man kann ja zur Not sowas exotisches tun wie nachfragen.
    Das selbstherrliche Herumpöbeln hingegen erzeugt eine Art Rückschlag.

  11. #11 Alderamin
    13. Februar 2020

    @Bullet

    Man kann ja zur Not sowas exotisches tun wie nachfragen.

    Oder meinen Artikel zum Thema lesen. *leisevormichhinpfeif* 😉

  12. #12 Fritz
    Dessau-Roßlau
    13. Februar 2020

    Fotos ähnlich denen von CHEOPS zeigen die Flacherdler in ihren Foren als Beweis dafür, dass es das Universum gar nicht gibt und die Sterne nur vom Herrgott als Lichtflecke an das Himmelszelt projiziert werden. Wenn die Typen dies nicht als weiteren Beweis ihrer kruden Verschwörungstheorien verwenden…