Teleskop Kosmiczny Kepler

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Kepler
Kepler Space Telescope.jpg
Zaangażowani NASA (Stany Zjednoczone)
Indeks COSPAR 2009-011A
Rakieta nośna Delta II 7925-10L
Miejsce startu Cape Canaveral Air Force Station, Stany Zjednoczone
Orbita (docelowa, początkowa)
Okrążane ciało niebieskie Słońce
Perycentrum ok. 1 j.a.
Apocentrum ok. 1 j.a.
Okres obiegu 372,5 dni
Czas trwania
Początek misji 7 marca 2009 (03:49:57,465 UTC)
Wymiary
Wymiary dł. 4,7 m, średnica 2,7 m
Masa całkowita 1052,4 kg
Masa aparatury naukowej 478 kg
Commons Multimedia w Wikimedia Commons

Keplerteleskop kosmiczny agencji NASA poszukujący ziemiopodobnych planet pozasłonecznych. Został umieszczony na orbicie wokółsłonecznej 7 marca 2009 roku, w ramach 10. misji programu Discovery. Ma aperturę 0,95 m, masę 1052,4 kilogramów w momencie startu i jest wyposażony w największą matrycę CCD do tej pory wyniesioną w kosmos, posiadającą 95 megapikseli[1]. Po przedłużeniu misji (planowanej wstępnie na 3,5 roku), jego obserwacje potrwać miały co najmniej do roku 2016[2], ale po awariach w roku 2013 uznano, że musi on zakończyć misję bez osiągnięcia swojego celu[3].

Nazwa teleskopu honoruje szesnastowiecznego astronoma Jana Keplera – odkrywcę trzech praw ruchu planet wokół Słońca[4].

Całkowity koszt misji szacowany jest na 591 mln USD (2009).

Cele misji[edytuj | edytuj kod]

Obszar badany przez sondę Kepler na tle mapy nieba

Głównym celem misji jest określenie częstotliwości występowania układów planetarnych w kosmosie i różnorodności ich struktur. Ma to być zrealizowane przez obserwowanie dużego zbioru gwiazd i określenie:

  • jak często planety skaliste występują w ekosferach różnych typów gwiazd,
  • jakie typy planet występują częściej, a jakie rzadziej,
  • jak często występują systemy z wieloma planetami i jak wiele planet mogą zawierać,
  • jak często występują gorące jowisze i jakie są ich przeciętne parametry,
  • wokół jakich gwiazd najczęściej występują systemy planetarne.

Sonda ma obserwować zmiany jasności ponad 100 000 tych samych gwiazd przez co najmniej 3,5 roku, w poszukiwaniu okresowych tranzytów planet. Z tego względu nie mogą być one niczym przesłaniane przez cały czas trwania misji. Do obserwacji wybrano region pogranicza gwiazdozbiorów Łabędzia i Lutni.

Dla losowej orientacji orbity w stosunku do kierunku patrzenia, prawdopodobieństwo zaobserwowania tranzytu jest równe stosunkowi średnicy gwiazdy do średnicy orbity planety. Dla układu identycznego do naszego, prawdopodobieństwo zaobserwowania tranzytu Ziemi wynosiłoby około 0,47%, a Wenus około 0,65%. Zakładając, że planety obiegają gwiazdę w tej samej płaszczyźnie, zaobserwowanie jednej znacząco zwiększa prawdopodobieństwo zaobserwowania innych. Przykładowo, odległy obserwator po wykryciu tranzytu Ziemi miałby około 12% szans zaobserwowania również tranzytu Wenus.

Misja Kepler została zaprojektowana tak, aby uzyskać możliwie dużą szansę wykrycia planet podobnych do Ziemi. Ponieważ będzie obserwować 100 000 gwiazd, gdyby wokół każdej krążyła taka planeta, Kepler wykryłby ich około 480. Liczba faktycznie wykrytych przez sondę planet będzie zatem dobrym wyznacznikiem częstotliwości występowania takich planet w kosmosie.

Dane zebrane przez sondę będą użyte również do badania gwiazd zmiennych i w asterosejsmologii.

Przyjmując rygorystyczne kryteria wykrywania planet, uwzględniając zmienność gwiazd, biorąc pod uwagę tylko orbity z czterema przejściami planety przed gwiazdą centralną w ciągu 3,5 roku i zakładając, że istnienie planet wokół gwiazd typu słonecznego jest powszechne, autorzy misji spodziewają się wykrycia:

  • ok. 50 planet, jeśli ich większość będzie rozmiaru zbliżonego do Ziemi, ale nie większych od niej;
  • ok. 185 planet, jeśli ich większość będzie miała 1,3 średnicy Ziemi;
  • ok. 640 planet, jeśli ich większość będzie miała 2,2 średnicy Ziemi;
  • odsetka 12% systemów planetarnych z więcej niż dwoma planetami.

Jeśli weźmie się pod uwagę wszystkie orbity od kilku dni do ponad roku, ilość odkrytych planet ulegnie znacznemu zwiększeniu.

Orbita[edytuj | edytuj kod]

Położenie statku na orbicie w pierwszych 4 latach misji

Sonda Kepler krąży po orbicie heliocentrycznej, w tej samej odległości od Słońca, co Ziemia. Nie znajduje się na orbicie okołoziemskiej, aby uniknąć wywoływanych przez Ziemię zakłóceń elektromagnetycznych i grawitacyjnych. Teleskop z fotometrem, główny instrument naukowy sondy, jest skierowany na punkt w gwiazdozbiorze Łabędzia, wysoko ponad ekliptyką. Dzięki temu obserwacje nie są utrudniane przez blask Słońca, ani przez planetoidy z pasa Kuipera i pasa planetoid.

Budowa[edytuj | edytuj kod]

Głównym wytwórcą sondy była firma Ball Aerospace & Technologies. Masa przy starcie wynosiła 1052,4 kg, w tym masa samego satelity 562,7 kg, fotometru 478 kg, zaś paliwa (kerozyna) 11,7 kg[5].

Blok elektroniki sterującej fotometrem składa się 10 obwodów drukowanych złożonych z ponad 20 000 elementów elektronicznych. Jej temperaturą roboczą jest +30 °C, podczas gdy położone kilka centymetrów obok elementy CCD pracują w temperaturze -95 °C.

4 panele ogniw słonecznych sondy o całkowitej powierzchni 10,2 m² są w stanie wytworzyć maksymalnie 1100 W energii elektrycznej[5].

Sonda jest stabilizowana trójosiowo, z dokładnością większą od 9 milisekund łuku. Łączność dwukierunkowa odbywa się w paśmie X (2 kbps do sondy, 16 kbps z sondy). Dane przesyłane są w paśmie Ka, z prędkością do 4,33 Mbps.

Fotometr[edytuj | edytuj kod]

Matryca elementów CCD teleskopu Kepler

Teleskop zbudowany w układzie Schmidta (korektor aberracji wykonany z czystego krzemu) ma aperturę 95 cm i pole widzenia ok. 12° (105° kwadratowych[6]). Rejestrowane są fale elektromagnetyczne z zakresu od 430 do 890 nm.

Światło teleskopu zbierane jest przez matrycę 42 układów CCD, każdy o wymiarach 50×25 mm (2200×1024 pikseli), mającą łącznie 95 megapikseli. CCD odczytywane są co 3 sekundy, by zapobiec nasyceniu. Z uwagi na charakter pomiarów prowadzonych przez teleskop, nie wykonuje on zdjęć nieba. Ponadto:

  • rejestrowane dane dotyczą tylko pikseli, które odnotowały światło gwiazd jaśniejszych od magnitudo 16,
  • obraz jest celowo rozmyty do rozdzielczości kątowej 10 sekund łuku w celu poprawy pomiarów fotometrycznych.

Precyzja pomiaru jasności gwiazd typu słonecznego (G2V) przy 6,5-godzinnej ekspozycji ma wynosić 20 ppm[7]. Dla porównania, tranzyt Ziemi obserwowany z dużej odległości powoduje trwającą 13 godzin (przy przejściu przez środek tarczy słonecznej) zmianę jasności Słońca o 84 ppm[8].

Dane są integrowane w ciągu 30 minut i raz na miesiąc przekazywane na Ziemię (pojemność pamięci pozwala na zgromadzenie danych z okresu 2 miesięcy).

Sferyczne (promień kuli 2,8 m) lustro teleskopu wykonane zostało przez Corning Glass. Naniesienia warstwy odbijającej dokonała Surface Optics Corporation, a polerowania Brashear LP. Jego specjalna konstrukcja pozwoliła ograniczyć wagę lustra do 17% masy tradycyjnej konstrukcji.

Przebieg misji[edytuj | edytuj kod]

2009[edytuj | edytuj kod]

7 marca – nastąpił start na przylądku Canaveral, rakieta: Delta II

12 maja – ogłoszono, że kalibrowanie przyrządów pomiarowych teleskopu zakończyło się sukcesem i rozpoczęła się faza poszukiwania planet.

19 czerwca – przesłano na Ziemię wyniki pomiarów z pierwszego miesiąca, ogłoszono, że 15 czerwca Kepler wszedł w reset procesora (safe mode), jak się później okazało spowodowany prawdopodobnie zbyt niskim napięciem zasilania procesora RAD750.

3 lipca – okazało się, że Kepler 2 lipca doznał drugiego resetu procesora. Normalna operacja teleskopu została przywrócona następnego dnia włącznie z przesłaniem danych pomiarowych na Ziemię.

6 sierpnia – NASA podczas konferencji prasowej ogłosiła wyniki pomiarów przeprowadzonych w czasie wykonywania testów teleskopu, a mianowicie potwierdzenie istnienia poprzednio znanej planety HAT-P-7b. Ogłoszono, że Kepler pracuje wystarczająco dobrze, by wykrywać istnienie planet zbliżonych rozmiarami do Ziemi.

20 sierpnia, 18 września, 19 października – przesłano na Ziemię dane pomiarowe z kolejnych okresów pomiarowych.

4 listopada – ogłoszono listę 7500 gwiazd zmiennych, które są nieużyteczne w tych badaniach. Te gwiazdy zostaną zastąpione nowymi.

18 listopada – podczas przygotowywania do kolejnej transmisji danych na Ziemię doszło do kolejnego, trzeciego restartu (safe mode). Dane pomiarowe nie zostały zagrożone i następnego dnia zostały przesłane na Ziemię.

18 grudnia – przesłano na Ziemię około 110 GB danych pomiarowych z kolejnego okresu pomiarowego.

2010[edytuj | edytuj kod]

4 stycznia – podczas zjazdu Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego ogłoszono odkrycie 5 nowych planet, którym nadano numery katalogowe: Kepler-4 b, Kepler-5 b, Kepler-6 b, Kepler-7 b oraz Kepler-8 b. Planety krążą wokół gwiazd większych niż Słońce. Ich rok gwiazdowy sięga od 3,2÷4,9 dnia; promienie wynoszą od cztery razy większego od Ziemi dla Kepler 4b, do 1,48 promienia Jowisza; temperatura na powierzchni wynosi od 1200˚C do 1650˚C.

12 stycznia – zauważono anomalie w danych otrzymywanych z jednego modułu składającego się z dwóch matryc CCD, teleskop posiada 21 takich modułów. Usterka ta ogranicza pole widzenia teleskopu o niecałe 5%. Stwierdzono, że usterka ta nie ma wpływu na dane otrzymywane z pozostałego pola widzenia teleskopu.

2 lutego – doszło do kolejnego, czwartego już resetu teleskopu, dane pomiarowe nie zostały uszkodzone i zostały przesłane na Ziemię, a pełna sprawność teleskopu została przywrócona 5 lutego.

15 czerwca – NASA's Kepler Mission udostępniła dane obserwacyjne z 43 dni ponad 156 000 gwiazd tak, by astronomowie z całego świata mogli dokonywać obserwacji sprawdzających, czy obserwowane zmiany jasności kilkuset gwiazd rzeczywiście są spowodowane przez orbitujące wokół gwiazd planety[9].

26 sierpnia – ogłoszono odkrycie dwóch planet krążących wokół gwiazdy odległej od Ziemi o ok. 2300 lat świetlnych. Gwieździe tej nadano nazwę Kepler-9, a odkrytym planetom nazwy: Kepler-9b i Kepler-9c. Poinformowano również o możliwości istnienia trzeciej, mniejszej planety, co potwierdziły późniejsze obserwacje. Planeta ta otrzymała nazwę Kepler-9d. Jest to pierwszy system wieloplanetarny zawierający planety odkryte metodą tranzytu.

2011[edytuj | edytuj kod]

Styczeń – podczas zjazdu Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego ogłoszono odkrycie planety Kepler-10b krążącej wokół gwiazdy Kepler-10 w gwiazdozbiorze Smoka, oddalonej o 560 lat świetlnych od Ziemi. Jest to najmniejsza do tej pory planeta odkryta metodą tranzytu, masa równa 4,5 masy Ziemi, promień 1,4 promienia Ziemi, temperatura 1833 K.

2 lutego – ogłoszenie odkrycia systemu planetarnego składającego się z sześciu planet. System ten znajduje się w odległości niemal dwa tysiące lat świetlnych od Ziemi. System Kepler-11 składa się z dużych planet okrążających swoją gwiazdę w małej odległości. Pięć pierwszych planet w tym układzie znajduje się bliżej swojej gwiazdy niż jakakolwiek planeta w naszym Układzie Słonecznym. Gwiazda Kepler-11 jest żółtym karłem.

5 grudnia – ogłoszono odkrycie Keplera-22b, to pierwsza z planet odkrytych przez Teleskop Keplera znajdująca się w tzw. ekosferze, czyli niewykluczone, że znajduje się na niej woda. Planeta ma średnicę 2,4 raza większą od Ziemi.

12 grudnia – doniesiono o odkryciu planety pozasłonecznej o rozmiarach Ziemi i innej mniejszej, obu w układzie Kepler-20. Po raz pierwszy zaobserwowano tak małe obiekty krążące wokół gwiazdy ciągu głównego[10] (innej niż Słońce).

2012[edytuj | edytuj kod]

26 stycznia – ogłoszono odkrycie 11 kolejnych układów planetarnych, niemal podwajając liczbę potwierdzonych planet odkrytych przez sondę. W dziewięciu z tych układów występuje współmierność okresów obiegów planet (1:2 lub 2:3), prawdopodobnie rezonans orbitalny[11].

listopad – zakończyła się misja podstawowa teleskopu i rozpoczęła misja przedłużona, która może potrwać ok. 4 lat.

Do 1 stycznia 2013 r. misja miała na swoim koncie odkrycie 105 planet, 2321 kandydatów na planety i 2165 zaćmieniowych układów podwójnych gwiazd.

2013[edytuj | edytuj kod]

12 maja – awaria drugiego z czterech kół reakcyjnych (pierwsze przestało działać w lipcu 2012). Ponieważ do utrzymywania orientacji sondy w przestrzeni niezbędne są trzy koła reakcyjne, uszkodzenie może oznaczać zakończenie zbierania danych[12][13].

Do lipca teleskop potwierdził znalezienie 134. planet w 76. układach planetarnych[14]

15 sierpnia – zespół inżynierów NASA zakończył próby przywrócenia teleskopu do pełnej sprawności, przyznając że naprawa przynajmniej jednego z dwóch uszkodzonych kół reakcyjnych nie jest możliwa[15].

25 listopada – NASA ogłosiła koncepcję nowej misji teleskopu Keplera, nazwanej K2. Przewiduje ona obrócenie teleskopu i wykorzystanie jego symetrii i ciśnienia światła słonecznego do stabilizacji w trzeciej osi. Oznacza ona zmianę celu obserwacji i konieczność okresowego (co kilka miesięcy) obracania teleskopu w nowym kierunku[16].

2014[edytuj | edytuj kod]

17 kwietnia - dzięki Teleskopowi Kosmicznemu Kepler zostaje odkryta pierwsza planeta pozasłoneczna typu ziemskiego o roboczej nazwie Kepler-186f. Istnienie tej planety stwierdzono za pomocą metody tranzytu dzięki danym z Teleskopu. W chwili odkrycia była to najbardziej przypominająca Ziemię planeta krążąca w ekosferze gwiazdy[17].

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

  1. Justin Ray: Kepler Mission Status Center (ang.). spaceflightnow.com. [dostęp 2009-03-07].
  2. NASA Approves Kepler Mission Extension (ang.). NASA, 2012-04-04. [dostęp 2012-04-15].
  3. Teleskop Keplera odchodzi na emeryturę. Nie można go naprawić
  4. NASA Ames Research Center: Kepler: FAQ (ang.). kepler.nasa.gov. [dostęp 2012-05-18].
  5. 5,0 5,1 Kepler (ang.). Ball Aerospace & Technologies Corp.. [dostęp 2012-10-14].
  6. NASA: Kepler Mission Overview (ang.). nasa.gov. [dostęp 7 marca 2009].
  7. NASA: About the Mission (ang.). nasa.gov.
  8. NASA Ames Research Center: About Transits (ang.). kepler.arc.nasa.gov.
  9. Kepler odkrywa setki nowych planet
  10. NASA Discovers First Earth-size Planets Beyond Our Solar System. 2011-12-12. [dostęp 2012-01-27].
  11. NASA's Kepler announces 11 planetary systems hosting 26 planets. 2012-01-26. [dostęp 2012-01-27].
  12. Devin Powell. Mechanical trouble imperils Kepler. „Nature”, Maj 2013. doi:10.1038/nature.2013.13009 (ang.). 
  13. R.I.P. dla teleskopu Keplera?
  14. Piotr Drabik: Kosmos. Gorący „bliźniak” Ziemi.. T. 85. Poznań: Amermedia Sp. z o.o., 2013, s. 3. ISBN 978-83-252-2125-6.
  15. NASA: NASA Ends Attempts to Fully Recover Kepler Spacecraft, Potential New Missions Considered (ang.). nasa.gov. [dostęp 2013-08-16].
  16. Michele Johnson: A Sunny Outlook for NASA Kepler's Second Light (ang.). NASA, 2013-11-25. [dostęp 2014-01-08].
  17. Strona NASA na temat Kepler-186f

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]