Космически телескоп Kepler: Оригиналният ловец на екзопланети

Космическият телескоп на НАСА Kepler беше обсерватория в космоса, посветена на намирането на планети извън нашата Слънчева система, със специален акцент върху намирането на планети, които биха могли да приличат на Земята. Обсерваторията беше въведена в експлоатация за малко под девет години, от стартирането си през март 2009 г. до извеждането й от експлоатация на 15 ноември 2018 г.



Сбогом, Кеплер: НАСА изключва плодовития космически телескоп за лов на планети



След пускането на Кеплер астрономите са открили хиляди извънслънчеви планети, или екзопланети само през този телескоп. Повечето от тях са планети, които са между размера на Земята и Нептун (което е четири пъти по -голямо от Земята). Много от тези планети са открити в район на съзвездието Лебед около размера на дланта на ръката, държана на една ръка разстояние, където Кеплер беше насочен през първите четири години от мисията си.

Към ноември 2020 г. Кеплер е бил кредитиран за откриването на 2392 екзопланети, като 2368 планети кандидати чакат потвърждение, според Архив на екзопланетите на НАСА . Мисията продължи доста след планираната крайна дата, въпреки че механичните проблеми през 2013 г. принудиха мениджърите на мисията да създадат модифицирана мисия „K2“, в която Kepler използва натиска на слънчевата светлина, за да се стабилизира, превключвайки гледката си към различни точки на небето.



Използвайки данните за транзита на телескопа Kepler на планета b, учените прогнозират, че втора планета c, около масата на Сатурн, обикаля около далечната звезда KOI-872. Това изследване, ръководено от Югозападния изследователски институт и Харвард-Смитсоновския център за астрофизика, предоставя доказателства за подредено подреждане на планети, обикалящи около KOI-872, което не е за разлика от нашата собствена Слънчева система.

Изследванията на телескопа Кеплер предоставиха доказателства за подредено подреждане на планетите, които не приличат на нашата собствена Слънчева система, обикаляща около звезда, наречена KOI-872.(Изображение кредит: Югозападен изследователски институт)

Как започна Kepler

Кеплер е рожба на Ученият от НАСА Уилям Дж. Боруки , който е работил върху научни инструменти за Програма Аполо . Започвайки през 1983 г., Боруки започва да се застъпва в НАСА за мисия, която ще търси екзопланети, като наблюдава транзитите - събития, при които планета минава пред своята звезда, видяна от гледна точка на Земята. Концепцията на Боруки е отхвърлена от НАСА четири пъти, тъй като агенцията изисква различни демонстрации, че мисията е технологично и финансово осъществима. НАСА окончателно одобри мисията през 2001 г.



Кеплер беше част от програмата на НАСА Discovery, която финансира по-евтини космически кораби за изследване на Слънчевата система. Kepler беше избран едновременно с Зората , космически кораб, посетил малките светове Веста и Церера .

В лекция в Институт Карл Сейгън в университета Корнел, Боруки обясни: „[Кеплер] гледа едновременно над 170 000 звезди, търсейки планети, които пресичат тяхната звезда и блокират малко светлина. Чрез блокирането на тази светлина можем да кажем колко голяма е планетата в сравнение със звездата и когато се повтори можем да определим орбиталния период. От третия закон на Кеплер можем да заключим колко далеч е планетата от звездата. И като погледнем свойствата на звездата, можем да кажем колко гореща може да е тази планета.

Прочетете още: Астрономът Йоханес Кеплер отключи тайните на движението на планетите



Третият закон на Кеплер, кръстен на астронома Йоханес Кеплер (1571-1630), гласи, че ако знаете дължината на годината на планетата (нейния орбитален период) и масата на нейната родителска звезда, можете да изчислите нейното средно разстояние от звездата.

Една от суперсилите на космическия телескоп Кеплер е способността му да измерва яркостта на звезда до малка част от процента. Тази прецизна фотометрия е необходима за улавяне на малкото затъмняване, причинено от планета пред нейната звезда. Например, Юпитер, преминаващ пред слънцето, блокира около 1% от слънчевата светлина; Земята блокира по -малко от 0,01%.

В първите години на лов на екзопланети астрономите най -добре успяха да открият огромни газови гиганти - Размерите на Юпитер и по -големи - които дебнеха близо до родителската си звезда. Добавянето на чувствителната фотометрия на Кеплер (както и по-сложният лов на планети от земята) означава, че астрономите са открили повече „супер-Земи“ или планети, които са малко по-големи от Земята, но имат скалиста повърхност. Находките на Кеплер също позволяват на астрономите да започнат да групират екзопланети по типове, което помага при разбирането на техния произход.

Поле от 4,5 милиона звезди през изгледа на сегментиран телескоп - правоъгълни снимки на звезди, подредени на черно поле. Космическият телескоп Kepler отвори своя

(Изображение кредит: НАСА/Еймс/Дж. Дженкинс)

Основна мисия

Телескопът Kepler на стойност 600 милиона долара беше пуснат на пазара през 2009 г. с очакването, че ще работи една година.

В първите дни важна част от операциите на Kepler беше премахването на фалшивите положителни резултати. Тъй като очевидното затъмняване на звездата може да се осъществи и по други начини, различни от транзитите на екзопланета (например поради естествената променливост на звезда, звездни петна или друга звезда или двойка звезди някъде в една и съща линия на видимост), всяка кандидат -планета беше потвърдена чрез други телескопи, обикновено чрез измерване на гравитационното „клатене“, изложено от звезда в отговор на въртяща се планета.

Но първоначалната мисия на Кеплер не беше толкова да идентифицира отделни екзопланети, колкото да направи преброяване на възможно най -много звезди и да оцени процента на звездите, които приемат планети.

Така че, когато Кеплер натрупа опит, бяха въведени статистически методи. Например, през февруари 2014 г. астрономите създадоха нова техника, наречена „проверка чрез множественост“, която отличава системите с множество планети от системите с много звезди и по този начин открива много екзопланети едновременно. Чрез тази техника екипът разкри 715 потвърдени планети в едно издание, правейки най -голямата партида планети в едно съобщение до този момент.

Свързани: Галерия: Свят на планетите Кеплер

Kepler беше одобрен далеч от първоначалната продължителност на мисията си и работеше отлично до май 2013 г., когато втора от четирите му реакционни колела или жироскопи се провали. Телескопът се нуждае от поне три от тези устройства, за да остане насочен в правилната посока. Тогава НАСА заяви, че телескопът все още е в добро състояние и разследва алтернативни идеи за мисията за хардуера.

Звезда блести зад почти силуетния космически телескоп Kepler, който е грубо цилиндричен обект с издатини в най -отдалечения край от зрителя. В далечината малка синя планета.

Илюстрация на художник за космическия телескоп Kepler на НАСА, който търси екзопланети.(Кредит на изображението: НАСА)

Нова мисия

В рамките на няколко месеца агенцията излезе с нова мисия за космическия телескоп, наречена K2. Мисията ще използва слънчевите лъчи Слънчев вятър за стабилизиране на телескопа за няколко месеца наведнъж. Тогава, около четири пъти в годината, телескопът, който е дълъг около 15 фута (4,7 метра) и 9 фута (2,7 м) в диаметър, ще се обърне към различно зрително поле, когато слънцето се доближи твърде много до сензорите си.

Свързани: Заболелият космически кораб 'Кеплер' на НАСА се приближава до новата мисия

През юли 2015 г., след като новата мисия се превърна в рутина, Боруки, все още главен следовател по това време, се пенсионира след 53 години служба в НАСА, според агенцията .

Докато темпото на откриване на планетите беше по -малко с новата мисия, новите находки продължиха. През януари 2016 г. НАСА обяви откриването на повече от 100 нови планети въз основа на наблюдения на К2. „Това е потвърждение на способността на цялата програма K2 да намери голям брой истински, добросъвестни планети“, каза Иън Кросфийлд, астроном от Университета в Аризона, по време на годишната среща на Американското астрономическо дружество, по време на която беше обявена находката.

Свързани: Kepler на НАСА се завръща със 100 нови находки на екзопланета

Кеплер разгледа ТРАПИСТ-1 система-в която вероятно има няколко планети с размер на Земята-между декември 2016 г. и март 2017 г. През февруари друг екип от астрономи обяви, че са открити повече планети с размер на Земята. След това учените от Kepler пуснаха необработените данни от своите наблюдения TRAPPIST-1, за да ги анализират други екипи, ако проявяват интерес.

През февруари 2018 г. НАСА пусна поредното издание на данни от Кеплер за 95 нови планети, открити по време на мисията К2. Една от тези планети обикаля около ярка звезда, което я прави лесен кандидат за проследяване от наземна обсерватория.

Сравнение на Земята и Kepler-1649c, екзопланета само 1.06 пъти Земята

Една от планетите, разположени от телескопа Кеплер, беше Кеплер-1649c, екзопланета, само 1.06 пъти по-голяма от радиуса на Земята. Учените откриха тази планета през 2020 г., докато анализираха стари наблюдения от Кеплер, който се пенсионира през 2018 г.(Изображение: НАСА/Изследователски център на Еймс/Даниел Рътър)

Големи открития

Благодарение на Кеплер сега знаем колко често е за други звезди да имат планети.

„По същество всяка звезда има планета. Това е голяма работа и не беше оценено преди Kepler “, каза бившият учен от проекта Kepler Ник Готие в изявление освободен, когато телескопът беше пенсиониран.

През първите седем години от операциите на Kepler и K2, издаде НАСА две дузини прессъобщения обявяване на новооткрити екзопланети, често на големи партиди.

През юни 2017 г. дойде окончателното публикуване на данни от основната мисия на Kepler. Потвърдените планетарни находки на Кеплер са увеличени до 2335. Включително потенциалните планети, общият брой е 4034.

Свързани: Космическият телескоп на НАСА Kepler открива стотици нови екзопланети, увеличавайки общо до 4,034

Мисията K2 продължи като основната мисия и доведе общия брой на изследваните звезди на Kepler до повече от 500 000, според съобщение за пресата на НАСА .

Друго голямо постижение беше откриването на огромното разнообразие от планетни системи, които съществуват. Планетните системи могат да съществуват в компактни разположения в рамките на еквивалента на орбитата на Меркурий. Те дори могат да обикалят около две звезди, подобно на Tatooine в Междузвездни войни вселена. И във вълнуващо откритие за тези, които търсят живот извън Земята, телескопът разкри, че малки, скалисти планети, подобни на Земята, са по -често срещани от по -големите газови гиганти като Юпитер.

Свързани: „Извънземна мегаструктура“ изключва някои странни затъмнения на звездата

Артист

Изображение на художника на дългоживеещия космически телескоп Кеплер и някои от планетите, които е открил през своето близо десетилетие в космоса.(Кредит на изображението: НАСА)

Други странни светове, открити от телескопа, включват Kepler-62e и Kepler-62f-два водни свята, които вероятно имат глобален океан, за разлика от Земята, която има значителна част от сушата. Планетите са на около 1200 светлинни години в съзвездието Лира и са близо до размера на Земята.

Дългосрочните наблюдения на Kepler върху звездата KIC 8462852, известна още като „Звездата на Таби“, разкриха странен модел на затъмняване и осветяване. Астрономите все още се опитват да разберат естеството на необичайните промени в яркостта, които се дължат на всичко - от комети до неравен пръстен от прах и дори извънземна мегаструктура.

Свързани: Кеплер за лов на планети на НАСА се справя с мистерията на „седемте сестри“ на Плеядите

Голямата чувствителност на Кеплер към променящата се яркост на звездите беше използвана за Плеяди , добре познат куп звезди, който е само на 400 светлинни години от нас и е видим с невъоръжено око. Наблюденията на Кеплер осигуряват най -доброто проследяване на тяхната променливост досега. Осигурен е и телескопът нови измервания на експлодиращи звезди и звукови вълни вътре в звездите .

Краят на мисията

Kepler беше пуснат с 3 галона (12 килограма) хидразин в резервоара за гориво. Горивото захранва тласкачите, които помагат за коригиране на дрейфа и извършват големи маневри, включително насочване към нови зрителни полета и ориентиране на предавателите към Земята, за да изпращат научни данни надолу и да получават команди. Тъй като Kepler няма точен габарит на резервоара за гориво, инженерите можеха да преценят само кога горивото му свършва.

През март 2018 г. НАСА обяви, че очаква резервоарът за гориво на космическия кораб да изсъхне през следващите месеци. Малко повече от седем месеца по -късно, на 30 октомври, НАСА потвърди, че Кеплер е останал без газ. Инженерите изпратиха последна команда „лека нощ“ и официално извел от експлоатация космическия кораб на 15 ноември 2018 г. - съвпадение, 388 -годишнината от смъртта на Йоханес Кеплер.

Свързани: Космическият телескоп Kepler за лов на планети на НАСА е направен. Какво ще стане с него?

Макар и неактивен, Kepler ще продължи в своята земна орбита около Слънцето, преминавайки през съседството на Земята (на безопасно разстояние) през 2060 г. и отново през 2117 г.

Ролята на Kepler като водещ космически телескоп за лов на екзопланети беше поета от Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), който беше изстрелян на 18 април 2018 г. и завърши основната си мисия на 11 август 2020 г., преди да започне разширена фаза на мисията. Докато мисията на Кеплер беше преди всичко статистическа-да открие дали екзопланетите с размер на Земята са често срещани-TESS е предназначена да идентифицира специфични екзопланетни системи, които трябва да бъдат изследвани допълнително.

Допълнителни ресурси:

Тази статия е актуализирана на 26 януари 2021 г. от сътрудница на demokratija.eu Стив Фентрес