Hybrid-Observatorium HOEE kombiniert Starshade und Bodenteleskope für Exoplaneten-Erkundung

Das zentrale Ziel der Exoplanetenforschung bleibt die Entdeckung erdähnlicher Welten, die die Voraussetzungen für Leben in sich tragen könnten. Die direkte Abbildung von Exoplaneten, bei der das Licht des Wirtssterns blockiert wird, ist aufgrund turbulenter atmosphärischer Bedingungen derzeit nur für etwa 1,5 Prozent der bestätigten Exoplaneten-Entdeckungen verantwortlich. Diese Einschränkung unterstreicht die Notwendigkeit neuartiger Ansätze für die nächste Generation der Planetenjagd.

Die NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) fördert visionäre Ideen, wobei das Konzept des Hybrid-Observatoriums für erdähnliche Exoplaneten (HOEE) eine Phase-I-Förderung erhielt. Diese typischerweise neunjährige Förderung umfasst bis zu 175.000 US-Dollar zur Prüfung der grundsätzlichen Durchführbarkeit. HOEE kombiniert einen im Orbit befindlichen Starshade mit leistungsstarken, bodengestützten Teleskopen, um atmosphärische Turbulenzen zu mindern und den für die direkte Detektion erforderlichen Kontrast zu erzielen. Dr. Ahmed Mohamed Soliman vom NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) / Caltech ist der leitende Autor der Studie, die HOEE beschreibt.

Die HOEE-Initiative erhielt die NIAC-Förderung, um die Abhängigkeit von alleinigen Großraumteleskopen wie dem James Webb Space Telescope (JWST) zu überwinden. Das Konzept sieht einen 99-Meter-Starshade im Orbit vor, der einen Schatten auf nachfolgende Generationen von Bodenteleskopen werfen soll. Dazu gehören das Extremely Large Telescope (ELT) in Chile, das Giant Magellan Telescope (GMT) in Chile und das Thirty Meter Telescope (TMT) in Hawaii. Diese bodengestützten Giganten bieten durch ihre großen Aperturen erhebliche Vorteile. Hochentwickelte adaptive Optiken, wie sie beispielsweise beim ELT zum Einsatz kommen, können atmosphärische Verzerrungen korrigieren und eine klare Abbildung ermöglichen.

Das übergeordnete wissenschaftliche Ziel ist die Identifizierung und Charakterisierung von Dutzenden erdgroßer Exoplaneten, einschließlich der Suche nach Biosignaturen innerhalb weniger Stunden. HOEE nutzt die signifikant größeren Aperturen bodengestützter Teleskope, wie das ELT, dessen Spiegelgröße etwa sechsmal größer ist als die des geplanten Habitable Worlds Observatory (HWO). Dies führt zu einer höheren Winkelauflösung und kürzeren Beobachtungszeiten im Vergleich zum HWO, dessen Start für die 2040er Jahre angesetzt ist. HOEE wird als entscheidender Zwischenschritt und Ergänzung zum HWO betrachtet, das vom Astro2020 Decadal Survey empfohlen wurde.

Im Gegensatz zum Nancy Grace Roman Space Telescope, das einen internen Koronagraphen testet, setzt HOEE auf den Starshade, um einen Kontrast zu erreichen, der für interne Koronagraphen derzeit unerreichbar ist. Die Architektur von HOEE verlagert die Herausforderung optischer Perfektion in riesigen Weltraumteleskopen hin zu einer mechanischen Ingenieursaufgabe für ein passives Objekt, das mit bestehenden, größeren Teleskopen am Boden zusammenarbeitet. Der wissenschaftliche Gewinn liegt in der Fähigkeit, Spektren von Exo-Erden in sichtbaren Wellenlängen zu erfassen, einschließlich der Signaturen von Sauerstoff und Wasser.