Acht Jahre TESS: Der 337-Millionen-Dollar-Zielsucher für die Teleskope der Welt

Alle 13,7 Tage nähert sich ein Raumfahrzeug von der Größe eines herkömmlichen Kühlschranks der Erde und übermittelt 20 Gigabit an Rohdaten an das Deep Space Network. Diese zweiwöchentliche Lieferung enthält keine hochauflösenden Fotografien. Sie besteht fast ausschließlich aus Lichtkurven – endlosen Reihen von Helligkeitsmessungen, die unsere nächsten stellaren Nachbarn erfassen.

Seit acht Jahren führt der Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) exakt diese Routine aus. Mit einem strikt begrenzten Budget von 337 Millionen Dollar war die Mission nie dazu gedacht, das Hauptereignis zu sein. Stattdessen fungiert sie als strategischer Späher, der die präzisen Koordinaten liefert, die Flaggschiff-Observatorien – einschließlich des maßgeblich europäisch unterstützten James Webb Space Telescope – benötigen, um nach atmosphärischem Wasser oder Methan zu suchen.

Der P/2-Orbit-Trick

Als TESS im Jahr 2018 mit einer SpaceX Falcon 9 startete – nach einer zweitägigen Verzögerung zur Behebung eines Fehlers in der Flugsteuerung und Navigation –, begab es sich nicht auf eine standardmäßige Kreisbahn. Um einen ungehinderten Blick in den Weltraum zu gewährleisten, ohne seine Treibstoffreserven zu erschöpfen, platzierten die Ingenieure es in einem sogenannten "P/2"-Orbit.

Diese hochelliptische Flugbahn versetzt den Satelliten in eine 2:1-Resonanz mit dem Mond. Für jede einzelne Mondumlaufbahn umkreist TESS die Erde exakt zweimal. Die Schwerkraft des Mondes fixiert die Flugbahn des Raumfahrzeugs effektiv für Jahrzehnte und ersetzt teure chemische Kurskorrekturen durch Himmelsmechanik. Es war das erste Mal, dass diese spezifische Geometrie für ein Raumfahrzeug genutzt wurde.

Von diesem stabilen Beobachtungspunkt aus durchsuchen vier speziell entwickelte Weitwinkelkameras des MIT Lincoln Laboratory den Himmel. Sie sind darauf kalibriert, einen Abfall der Sternhelligkeit von nur 0,1 Prozent zu detektieren. Diese minimale Verdunkelung ist das einzige Anzeichen für einen Planeten, der vor seinem Mutterstern vorbeizieht.

Eine Lieferkette für Exoplaneten

TESS repräsentiert einen strukturellen Wandel in der Art und Weise, wie Weltraumbehörden planetare Daten beschaffen. Sein Vorgänger, Kepler, starrte jahrelang auf einen schmalen Ausschnitt des Himmels, um zu beweisen, dass Exoplaneten statistisch häufig vorkommen. TESS wurde gebaut, um das gesamte Sichtfeld zu erfassen, wobei der Fokus ausschließlich auf den nächsten und hellsten Systemen liegt.

Das Überleben des Projekts hing maßgeblich davon ab, dass Jeff Volosin vom NASA Goddard Space Flight Center die Hardware strikt innerhalb der Budgetobergrenze der "Explorer-Klasse" hielt. Mit 337 Millionen Dollar kostet es nur einen Bruchteil der Flaggschiff-Teleskope, denen es zuarbeitet. Sara Seager vom MIT, stellvertretende wissenschaftliche Leiterin der Mission, richtete TESS vollständig auf diese Abhängigkeit aus. Es ist der obligatorische Vorläuferschritt, bevor eine hochwertige Spektralanalyse stattfinden kann.

Heute werten europäische Astrophysik-Institute diese alle 13,7 Tage eintreffenden Datensätze aus, um die Beobachtungspläne für die kommenden ESA-Missionen PLATO und Ariel zu erstellen. Die Schwerstarbeit der planetaren Charakterisierung wird letztlich diesen Multi-Milliarden-Euro-Plattformen obliegen, doch deren Zeitpläne werden von den Koordinaten diktiert, die ein kostengünstiger Späher gefunden hat.

Europa und die USA haben die schweren Linsen gebaut. Sie verlassen sich lediglich auf einen Kühlschrank in einer Mondresonanz, der ihnen sagt, wohin sie diese richten sollen.

Quellen

• Massachusetts Institute of Technology (MIT)
• NASA Goddard Space Flight Center
• MIT Lincoln Laboratory