De satelliet gaat reeds ontdekte exoplaneten nader bestuderen, in de hoop hun geheimen te kunnen ontrafelen.

Het is lastig voor te stellen, maar tot ver in de jaren tachtig hadden we geen enkel bewijs voor de aanwezigheid van planeten buiten ons zonnestelsel. Pas in 1989 kwamen astronomen met de eerste aanwijzing voor het bestaan van exoplaneten op de proppen. In de jaren die volgden, ging het hard. De ene na de andere exoplaneet werd ontdekt. En dankzij de zeer productieve planetenjager Kepler – die duizenden (kandidaat-)exoplaneten detecteerde – weten we inmiddels wel dat andere sterren met planeten eromheen eerder regel dan uitzondering zijn. Ook zijn we er inmiddels wel achter dat het universum een breed scala aan planeten kent, waaronder ook typen die we in ons zonnestelsel helemaal niet kennen. Denk bijvoorbeeld aan de superaarde.

Deze artistieke impressie laat de aarde (links) en de superaarde 55 Cancri e (rechts) zien. 55 Cancri e werd in 2004 ontdekt en heeft een massa die 7,8 keer groter is dan die van de aarde. We spreken van een superaarde als een planeet een massa heeft die groter is dan die van de aarde, maar kleiner is dan die van Neptunus. Afbeelding: NASA / JPL-Caltech / R. Hurt (SSC).

De ontdekking van nieuwe exoplaneten blijft opwindend, maar bevredigt onze nieuwsgierigheid nauwelijks. Want de detectie van een exoplaneet is nog maar het begin. Wat Kepler – en andere planetenjagers zoals de recent gelanceerde TESS – ons vertellen, is waar de exoplaneten zich bevinden, hoelang ze erover doen om een rondje rond hun ster te voltooien en hoe groot ze ongeveer zijn. Maar daar blijft het vaak wel bij. Er zijn andere, gespecialiseerde instrumenten nodig om de geheimen van deze exoplaneten te achterhalen. Waar zijn ze uit opgebouwd? Hebben ze een atmosfeer? Zijn ze leefbaar? Het zijn zomaar enkele vragen waar astronomen in de nabije toekomst een antwoord op hopen te vinden. En ESA’s CHEOPS kan daarbij helpen.

CHEOPS
Eind november maakte ESA bekend dat CHEOPS – dat staat voor CHaracterising ExOplanet Satellite – in het najaar van 2019 gelanceerd zal worden. En daarmee hebben we eindelijk een instrument in de lucht dat meer inzicht kan geven in de talloze exoplaneten die in de afgelopen decennia zijn ontdekt.

CHEOPS wordt in een baan rond de aarde geplaatst en bevindt zich straks op zo’n 700 kilometer afstand van het oppervlak, in een zogenoemde zon-synchrone baan. Dat betekent dat deze haaks op de richting van het zonlicht boven de aarde vliegt. Afbeelding: ESA / ATG medialab.

De satelliet zal zich richten op exoplaneten die rond vrij heldere sterren cirkelen en een massa hebben die tussen de massa van de aarde en de massa van Neptunus in zit. Doordat CHEOPS zich richt op reeds ontdekte exoplaneten, weet deze precies waar en wanneer deze moet kijken om een planeet voor een ster langs te kunnen zien bewegen en kan deze sterovergangen ook herhaaldelijk bestuderen. Naar verwachting resulteert het in heel nauwkeurige metingen van de straal van de planeten. Als we die informatie vervolgens combineren met massa-metingen die eerder door andere observatoria zijn uitgevoerd, kunnen heldere conclusies worden getrokken over de dichtheid van een planeet. En die dichtheid onthult dan weer of de planeet voornamelijk bestaat uit gesteente, ijs of gas en of deze een omvangrijke atmosfeer heeft. “De CHEOPS-missie is een mijlpaal in het onderzoek naar exoplaneten in de nabijheid van ons zonnestelsel,” aldus astrofysicus Christopher Broeg, projectmanager en verbonden aan de universiteit van Bern. “Het brengt ons dichter bij ons doel om op een dag een planeet te ontdekken die dezelfde eigenschappen heeft als de aarde en mogelijk net zo goed in staat is om leven te herbergen.” Want dat is toch wel de heilige graal: het ontdekken van een tweede aarde. Planetenjagers lijken te suggereren dat zo’n planeet bestaat. Er zijn al verscheidene exoplaneten ontdekt die op het eerste gezicht op de aarde lijken. Maar doen ze dat nog steeds als we ze met daarvoor ontworpen instrumenten – zoals CHEOPS – aan een gedetailleerd onderzoek onderwerpen?

Superaardes
Naar verwachting zal de missie ook veel meer inzicht geven in de eerder genoemde superaardes. Dat is namelijk nogal een breed begrip: zowel planeten die bijvoorbeeld drie keer zwaarder zijn dan de aarde als planeten die tien keer zwaarder zijn dan de aarde, worden als superaarde aangeduid. Het lijkt – met het oog op die uiteenlopende massa’s – aannemelijk dat er nogal wat ‘smaakjes’ superaardes zijn. Sommige lijken misschien op een soort uitvergrote versie van de aarde en hebben een rotsachtig oppervlak. Weer andere superaardes zullen grotendeels uit ijs bestaan. Of water. Anderen zullen meer op Neptunus lijken en grotendeels uit gas bestaan. De grote vraag is dan: waar ligt het kantelpunt? Vanaf welke massa hebben superaardes geen rotsachtig oppervlak meer? Het zijn vragen die CHEOPS kan helpen beantwoorden door veel superaardes te bestuderen; door de straal van deze superaardes nauwkeurig vast te stellen krijgen we immers meer inzicht in de dichtheid en samenstelling van deze toch behoorlijk exotische exoplaneten.

Deze artistieke impressie laat een aardachtig maantje zien dat rond een gasreus cirkelt. Aangezien de beste kandidaten voor buitenaards leven in ons eigen zonnestelsel manen zijn – denk aan Enceladus en Europa – lijkt het niet ondenkbaar dat ook exomanen een goede plek zijn om op zoek te gaan naar aliens. Afbeelding: NASA / JPL-Caltech.

Exomanen en Trojanen
Als we grofweg weten uit welke materialen exoplaneten zijn opgebouwd, kunnen we die informatie weer gebruiken om onze theorieën omtrent planeetvorming en -evolutie te toetsen. Uiteindelijk zal CHEOPS ons ook op dat gebied dus een dienst bewijzen. Maar CHEOPS heeft meer te bieden. Zo is het instrument in theorie ook zeer geschikt voor het detecteren van exomanen, oftewel manen die rond exoplaneten cirkelen. Onderzoekers vermoeden dat ze bestaan, maar hard bewijs daarvoor ontbreekt. Hopelijk kan CHEOPS daar verandering in brengen. Behalve exomanen zou CHEOPS ook ringen rond exoplaneten kunnen detecteren. Of Trojanen: planetoïden die zich in dezelfde baan ophouden als de exoplaneet en op een vaste afstand met de planeet meebewegen. Daarnaast kan CHEOPS astronomen helpen bij het kiezen van geschikte doelwitten voor vervolgonderzoek met de James Webb-telescoop (lancering in 2021) en de Extremely Large Telescope (operationeel in 2024). Beide telescopen zullen in de atmosfeer van exoplaneten op jacht gaan naar sporen van leven. En CHEOPS kan onthullen welke exoplaneten een veelbelovende atmosfeer hebben en zo indirect dus een bijdrage leveren aan onze zoektocht naar buitenaards leven.

Zoals het er nu naar uitziet, wordt CHEOPS tussen 15 oktober en 14 november 2019 gelanceerd. De missie zal naar verwachting zeker 3,5 jaar duren. En in die periode kunnen we heel wat wijzer worden over planeten waarvan we zo’n dertig jaar geleden nog niet eens wisten dat ze bestonden.