Vesmírný dalekohled Kepler -Kepler space telescope

Kepler
Kepler na oběžné dráze
Umělecký dojem z dalekohledu Kepler
Typ mise Vesmírný dalekohled
Operátor NASA  / LASP
ID COSPAR 2009-011A Upravte to na Wikidata
SATCAT č. 34380
webová stránka www .nasa .gov /kepler
Doba trvání mise Plánováno: 3,5 roku
Finále: 9 let, 7 měsíců, 23 dní
Vlastnosti kosmických lodí
Výrobce Ball Aerospace & Technologies
Startovací hmota 1 052,4 kg (2 320 lb)
Suchá hmota 1 040,7 kg (2 294 lb)
Hmotnost užitečného zatížení 478 kg (1 054 lb)
Rozměry 4,7 m × 2,7 m (15,4 stopy × 8,9 stopy)
Napájení 1100 wattů
Začátek mise
Datum spuštění 7. března 2009, 03:49:57  UTC ( 2009-03-07UTC03:49:57 )
Raketa Delta II (7925-10L)
Spouštěcí místo Cape Canaveral SLC-17B
Dodavatel United Launch Alliance
Zadaná služba 12. května 2009, 09:01 UTC
Konec mise
Deaktivováno 15. listopadu 2018 ( 2018-11-15 )
Orbitální parametry
Referenční systém Heliocentrický
Režim Země -trailing
Hlavní poloosa 1,0133 AU
Excentricita 0,036116
Výška perihelia 0,97671 AU
Nadmořská výška Aphelion 1,0499 AU
Sklon 0,4474 stupně
Doba 372,57 dnů
Argument perihélia 294,04 stupňů
Průměrná anomálie 311,67 stupňů
Průměrný pohyb 0,96626 stupně/den
Epocha 1. ledna 2018 ( J2000 : 2458119,5)
Hlavní dalekohled
Typ Schmidt
Průměr 0,95 m (3,1 stopy)
Oblast sběru 0,708 m 2 (7,62 čtverečních stop)
Vlnové délky 430-890 nm
Transpondéry
Šířka pásma Pásmo X nahoru: 7,8 bit/ s – 2 kbit/s
Pásmo X dolů: 10 bit/s – 16 kbit/s
K pásmo dolů: Až 4,3 Mbit/s
Logo Kepler.svg
←  Svítání
GRÁL  →
 

Vesmírný dalekohled Kepler je nepoužívaný vesmírný dalekohled , který NASA vypustila v roce 2009 za účelem objevování planet velikosti Země obíhajících kolem jiných hvězd . Kosmická loď pojmenovaná po astronomovi Johannesu Keplerovi byla vypuštěna na heliocentrickou oběžnou dráhu se Zemí . Hlavním vyšetřovatelem byl William J. Borucki . Po devíti a půl letech provozu bylo palivo v systému řízení reakce dalekohledu vyčerpáno a NASA oznámila jeho ukončení 30. října 2018.

Keplerův jediný vědecký přístroj, který byl navržen k průzkumu části zemské oblasti Mléčné dráhy , aby objevil exoplanety velikosti Země v obyvatelných zónách nebo v jejich blízkosti , a odhadl, kolik z miliard hvězd v Mléčné dráze má takové planety, je jediným vědeckým přístrojem Keplera, který nepřetržitě monitoruje. jasnost přibližně 150 000 hvězd hlavní sekvence v pevném zorném poli. Tato data byla přenesena na Zemi a poté analyzována za účelem zjištění periodického stmívání způsobeného exoplanetami, které se kříží před jejich hostitelskou hvězdou. Bylo možné detekovat pouze planety, jejichž oběžné dráhy jsou ze Země vidět zboku. Kepler pozoroval 530 506 hvězd a detekoval 2 662 planet.

Dějiny

Vývoj před uvedením na trh

Vesmírný dalekohled Kepler byl součástí programu NASA Discovery Program relativně nízkonákladových vědeckých misí. Konstrukce a počáteční provoz dalekohledu byly řízeny laboratoří NASA Jet Propulsion Laboratory , přičemž Ball Aerospace byl odpovědný za vývoj letového systému Kepler.

V lednu 2006 bylo spuštění projektu odloženo o osm měsíců kvůli škrtům v rozpočtu a konsolidaci v NASA. V březnu 2006 se kvůli fiskálním problémům znovu o čtyři měsíce zpozdila. V této době byla anténa s vysokým ziskem změněna z gimbalového provedení na anténu připevněnou k rámu kosmické lodi, aby se snížily náklady a složitost, za cenu jednoho pozorovacího dne v měsíci.

Po spuštění

Ames Research Center bylo odpovědné za vývoj pozemního systému, operace mise od prosince 2009 a analýzu vědeckých dat. Původní plánovaná životnost byla 3,5 roku, ale větší než očekávaný šum v datech z hvězd i kosmické lodi znamenal, že ke splnění všech cílů mise bylo potřeba více času. Původně se v roce 2012 očekávalo prodloužení mise až do roku 2016, ale 14. července 2012 se jedno ze čtyř reakčních kol kosmické lodi používaných pro nasměrování kosmické lodi přestalo otáčet a dokončení mise by bylo možné pouze tehdy, pokud by všechna ostatní reakční kola zůstal spolehlivý. Pak 11. května 2013 selhalo druhé reakční kolo, které znemožnilo sběr vědeckých dat a ohrozilo pokračování mise.

15. srpna 2013 NASA oznámila, že se vzdala pokusu opravit dvě neúspěšná reakční kola. To znamenalo, že současná mise musela být upravena, ale neznamenalo to nutně konec lovu planet. NASA požádala vesmírnou vědeckou komunitu, aby navrhla alternativní plány mise „potenciálně včetně hledání exoplanet s použitím zbývajících dvou dobrých reakčních kol a trysek“. 18. listopadu 2013 byl oznámen návrh K2 „Second Light“. To by zahrnovalo využití postiženého Keplera způsobem, který by mohl detekovat obyvatelné planety kolem menších, slabších červených trpaslíků . 16. května 2014 NASA oznámila schválení rozšíření K2.

Do ledna 2015 Kepler a jeho následná pozorování nalezli 1 013 potvrzených exoplanet v asi 440 hvězdných systémech spolu s dalšími 3 199 nepotvrzenými kandidáty na planety. Keplerova mise K2 potvrdila čtyři planety. V listopadu 2013 astronomové na základě dat vesmírné mise Keplera odhadli, že v obyvatelných zónách hvězd podobných Slunci a červených trpaslíků v rámci Mléčné dráhy by mohlo existovat až 40 miliard kamenných exoplanet velikosti Země . Odhaduje se, že 11 miliard těchto planet může obíhat hvězdy podobné Slunci. Nejbližší taková planeta může být podle vědců vzdálená 3,7 parseku (12  ly ).

6. ledna 2015 NASA oznámila 1000. potvrzenou exoplanetu objevenou kosmickým dalekohledem Kepler. Bylo zjištěno, že čtyři z nově potvrzených exoplanet obíhají v rámci obyvatelných zón svých příbuzných hvězd : tři ze čtyř, Kepler-438b , Kepler-442b a Kepler-452b , jsou téměř stejné jako Země a pravděpodobně kamenité; čtvrtá, Kepler-440b , je super-Země . Dne 10. května 2016 ověřila NASA 1 284 nových exoplanet nalezených Keplerem, což je dosud největší nález planet.

Keplerova data také pomohla vědcům pozorovat a pochopit supernovy ; měření byla shromažďována každou půlhodinu, takže světelné křivky byly zvláště užitečné pro studium těchto typů astronomických událostí.

30. října 2018, poté, co vesmírné lodi došlo palivo, NASA oznámila, že dalekohled bude vyřazen. Teleskop byl odstaven téhož dne, čímž skončila jeho devítiletá služba. Kepler během svého života pozoroval 530 506 hvězd a objevil 2 662 exoplanet. Novější mise NASA, TESS , zahájená v roce 2018, pokračuje v hledání exoplanet.

Design kosmické lodi

Kepler v nebezpečném zpracovatelském zařízení společnosti Astrotech
Interaktivní 3D model Keplera
Interaktivní 3D model Keplera

Dalekohled má hmotnost 1039 kilogramů (2291 lb) a obsahuje Schmidtovu kameru s 0,95metrovou (37,4palcovou) přední korekční deskou (čočkou) napájející 1,4metrové (55palcové) primární zrcadlo — v době svého startu toto bylo největší zrcadlo na jakémkoli dalekohledu mimo oběžnou dráhu Země, ačkoli Herschel Space Observatory tento titul převzala o několik měsíců později. Jeho dalekohled má zorné pole (FoV) 115 stupňů 2 (průměr asi 12 stupňů) , což zhruba odpovídá velikosti pěsti držené na délku paže. Z toho je 105 stupňů 2 vědecké kvality, s méně než 11 % vinětace . Fotometr má měkké zaostření , které poskytuje vynikající fotometrii , spíše než ostré snímky. Cílem mise byla kombinovaná diferenciální fotometrická přesnost (CDPP) 20 ppm pro hvězdu podobnou Slunci m (V)=12 pro 6,5hodinovou integraci, ačkoliv pozorování tento cíl nesplnila (viz stav mise ).

Fotoaparát

Keplerovo pole obrazových snímačů. Pole je zakřivené, aby odpovídalo zakřivení Petzvalova pole .

Ohnisková rovina kamery kosmické lodi je vyrobena ze čtyřiceti dvou CCD 50 × 25 mm (2 × 1 palce), každý s rozlišením 2200 × 1024 pixelů , s celkovým rozlišením 94,6 megapixelů , což z něj v té době dělalo největší kamerový systém. vypuštěna do vesmíru. Pole bylo chlazeno tepelnými trubicemi připojenými k externímu radiátoru. CCD byly načteny každých 6,5 sekund (k omezení saturace) a společně přidány na palubu po dobu 58,89 sekund pro cíle s krátkou kadencí a 1765,5 sekund (29,4 minuty) pro cíle s dlouhou kadencí. Kvůli větším požadavkům na šířku pásma u prvního z nich byl počet omezen na 512 ve srovnání se 170 000 pro dlouhou kadenci. I když měl Kepler při startu nejvyšší přenosovou rychlost ze všech misí NASA, 29minutové součty všech 95 milionů pixelů představovaly více dat, než bylo možné uložit a poslat zpět na Zemi. Vědecký tým proto předem vybral relevantní pixely spojené s každou hvězdou zájmu, což představuje asi 6 procent pixelů (5,4 megapixelů). Data z těchto pixelů byla poté překvantizována, komprimována a uložena spolu s dalšími pomocnými daty v palubním 16gigabajtovém polovodičovém rekordéru. Data, která byla uložena a stažena, zahrnují vědecké hvězdy, hvězdy v p-módu , šmouhu, úroveň černé, pozadí a snímky v celém zorném poli.

Primární zrcadlo

Porovnání velikostí primárních zrcadel pro dalekohled Kepler a další pozoruhodné optické dalekohledy.

Primární zrcadlo Kepler má průměr 1,4 metru (4,6 stop). Zrcadlo vyrobené výrobcem skla Corning s použitím skla s ultranízkou roztažností (ULE) je speciálně navrženo tak, aby mělo hmotnost pouze 14 % hmotnosti pevného zrcadla stejné velikosti. K vytvoření systému vesmírného teleskopu s dostatečnou citlivostí k detekci relativně malých planet, když procházejí před hvězdami, byl vyžadován povlak s velmi vysokou odrazivostí na primárním zrcadle. Pomocí iontově asistovaného odpařování nanesla společnost Surface Optics Corp. ochranný devítivrstvý stříbrný povlak pro zvýšení odrazu a dielektrický interferenční povlak pro minimalizaci tvorby barevných středů a absorpci atmosférické vlhkosti.

Fotometrický výkon

Pokud jde o fotometrický výkon, Kepler fungoval dobře, mnohem lépe než jakýkoli dalekohled na Zemi, ale nedosáhl cílů návrhu. Cílem byla kombinovaná diferenciální fotometrická přesnost (CDPP) 20 dílů na milion (PPM) na hvězdě o velikosti 12 pro integraci 6,5 hodiny. Tento odhad byl vyvinut s možností 10 ppm pro hvězdnou variabilitu, což je zhruba hodnota pro Slunce. Získaná přesnost pro toto pozorování má široký rozsah, v závislosti na hvězdě a poloze v ohniskové rovině, s mediánem 29 ppm. Zdá se, že většina dodatečného šumu je způsobena větší než očekávanou variabilitou samotných hvězd (19,5 ppm oproti předpokládaným 10,0 ppm), zbytek je způsoben přístrojovými zdroji hluku o něco většími, než se předpovídalo.

Vzhledem k tomu, že pokles jasnosti od planety velikosti Země procházející hvězdou podobnou Slunci je tak malý, pouze 80 ppm, zvýšený šum znamená, že každý jednotlivý přechod je pouze 2,7 σ, namísto zamýšlených 4 σ. To zase znamená, že musí být sledováno více tranzitů, aby byla zajištěna detekce. Vědecké odhady naznačovaly, že k nalezení všech tranzitujících planet o velikosti Země by byla potřeba mise trvající 7 až 8 let oproti původně plánovaným 3,5 letům. Dne 4. dubna 2012 bylo schváleno prodloužení mise Kepler o fiskální rok 2016, ale to také záviselo na tom, zda všechna zbývající reakční kola zůstanou zdravá, což se ukázalo být nepravděpodobné (viz problémy s reakčním kolem níže).

Orbita a orientace

Keplerův objem vyhledávání v kontextu Mléčné dráhy
Pohyb Keplera vzhledem k Zemi, pomalu se vzdalující od Země na podobné oběžné dráze a v průběhu času vypadal jako spirála

Kepler obíhá kolem Slunce , což se vyhýbá zákrytům Země , rozptýlenému světlu a gravitačním poruchám a točivým momentům , které jsou vlastní oběžné dráze Země.

NASA charakterizovala Keplerovu dráhu jako „Země-trailing“. S oběžnou dobou 372,5 dne Kepler pomalu klesá dále za Zemi (asi 16 milionů mil za rok ). K 1. květnu 2018 byla vzdálenost Keplera od Země asi 0,917 AU (137 milionů km). To znamená, že asi po 26 letech se Kepler dostane na druhou stranu Slunce a po 51 letech se dostane zpět do sousedství Země.

Až do roku 2013 ukazoval fotometr na pole v severních souhvězdích Labutě , Lyry a Draka , které je daleko mimo rovinu ekliptiky , takže sluneční světlo nikdy nepronikne do fotometru, když kosmická loď obíhá. To je také směr pohybu sluneční soustavy kolem středu galaxie. Hvězdy, které Kepler pozoroval, jsou tedy zhruba ve stejné vzdálenosti od galaktického středu jako Sluneční soustava a také blízko galaktické roviny . Tato skutečnost je důležitá, pokud poloha v galaxii souvisí s obyvatelností, jak naznačuje hypotéza vzácných zemin .

Orientace je stabilizována ve třech osách snímáním rotace pomocí jemně naváděcích senzorů umístěných v ohniskové rovině přístroje (namísto gyroskopů snímajících rychlost, např. jak se používají na HST ). a použití reakčních kol a hydrazinových trysek k ovládání orientace.

Animace Keplerovy trajektorie
Relativní ke Slunci
Relativní k Zemi
Ve vztahu ke Slunci a Zemi
  Kepler  ·   Země  ·   slunce

Operace

Keplerova oběžná dráha. Sluneční pole dalekohledu bylo upraveno při slunovratech a rovnodennostech .

Kepler byl provozován z Boulderu v Coloradu Laboratoří pro atmosférickou a vesmírnou fyziku (LASP) na základě smlouvy s Ball Aerospace & Technologies . Solární pole kosmické lodi bylo otočeno tak, aby čelilo Slunci o slunovratech a rovnodennostech , aby se optimalizovalo množství slunečního světla dopadajícího na solární pole a aby tepelný radiátor směřoval do hlubokého vesmíru. Společně LASP a Ball Aerospace řídí vesmírnou loď z operačního střediska mise umístěného ve výzkumném kampusu University of Colorado . LASP provádí základní plánování mise a počáteční sběr a distribuci vědeckých dat. Počáteční náklady životního cyklu mise byly odhadnuty na 600 milionů USD, včetně financování na 3,5 roku provozu. V roce 2012 NASA oznámila, že mise Kepler bude financována do roku 2016 s náklady asi 20 milionů $ ročně.

komunikace

NASA kontaktovala kosmickou loď pomocí komunikačního spojení v pásmu X dvakrát týdně za účelem aktualizace velení a stavu. Stahování vědeckých dat probíhá jednou měsíčně pomocí pásma K a při maximální rychlosti přenosu dat přibližně 550  kB /s . Anténa s vysokým ziskem není řiditelná, takže sběr dat je na jeden den přerušen, aby se přeorientovala celá kosmická loď a anténa s vysokým ziskem pro komunikaci se Zemí.

Vesmírný dalekohled Kepler provedl na palubě vlastní částečnou analýzu a pouze vysílal vědecká data, která byla pro misi považována za nezbytná, aby se zachovala šířka pásma.

Správa dat

Vědecká datová telemetrie shromážděná během operací mise na LASP je odeslána ke zpracování do Kepler Data Management Center (DMC), které se nachází ve Space Telescope Science Institute v kampusu Johns Hopkins University v Baltimore, Maryland . Vědecká datová telemetrie je dekódována a zpracována do nekalibrovaných vědeckých datových produktů ve formátu FITS pomocí DMC, které jsou poté předány do Science Operations Center (SOC) v NASA Ames Research Center ke kalibraci a konečnému zpracování. SOC v NASA Ames Research Center (ARC) vyvíjí a provozuje nástroje potřebné ke zpracování vědeckých dat pro použití Kepler Science Office (SO). V souladu s tím SOC vyvíjí software pro zpracování dat z potrubí založený na vědeckých algoritmech vyvinutých společně SO a SOC. Během provozu SOC:

  1. Přijímá nekalibrovaná data pixelů z DMC
  2. Aplikuje analytické algoritmy k vytvoření kalibrovaných pixelů a světelných křivek pro každou hvězdu
  3. Provádí tranzitní vyhledávání pro detekci planet (události překračování prahových hodnot nebo TCE)
  4. Provádí ověření dat kandidátských planet vyhodnocením konzistence různých datových produktů, což je způsob, jak eliminovat falešně pozitivní detekce

SOC také průběžně vyhodnocuje fotometrický výkon a poskytuje výkonnostní metriky SO a kanceláři pro řízení mise. V neposlední řadě SOC vyvíjí a spravuje vědecké databáze projektu, včetně katalogů a zpracovaných dat. SOC nakonec vrací kalibrované datové produkty a vědecké výsledky zpět do DMC pro dlouhodobou archivaci a distribuci astronomům po celém světě prostřednictvím Multimission Archive at STScI (MAST).

Poruchy reakčního kola

14. července 2012 selhalo jedno ze čtyř reakčních kol používaných pro jemné nasměrování kosmické lodi. Zatímco Kepler potřebuje k přesnému zaměření dalekohledu pouze tři reakční kola, další selhání by způsobilo, že by kosmická loď nemohla zamířit na své původní pole.

Poté, co se v lednu 2013 projevily určité problémy, 11. května 2013 selhalo druhé reakční kolo, čímž skončila Keplerova primární mise. Kosmická loď byla uvedena do bezpečného režimu a poté od června do srpna 2013 byla provedena řada technických testů, aby se pokusila obnovit obě vadné kolo. Do 15. srpna 2013 bylo rozhodnuto, že kola jsou neopravitelná, a byla nařízena technická zpráva k posouzení zbývajících schopností kosmické lodi.

Toto úsilí nakonec vedlo k navazující misi „K2“, která sledovala různá pole v blízkosti ekliptiky.

Operační časová osa

Keplerovo spuštění 7. března 2009
Ilustrace interiéru Keplera
Ilustrace Keplera z roku 2004

V lednu 2006 bylo spuštění projektu odloženo o osm měsíců kvůli škrtům v rozpočtu a konsolidaci v NASA. V březnu 2006 se kvůli fiskálním problémům znovu o čtyři měsíce zpozdila. V této době byla anténa s vysokým ziskem změněna z kardanové konstrukce na anténu připevněnou k rámu kosmické lodi, aby se snížily náklady a složitost, za cenu jednoho pozorovacího dne v měsíci.

Observatoř Kepler byla spuštěna 7. března 2009 v 03:49:57 UTC na palubě rakety Delta II z Cape Canaveral Air Force Station na Floridě. Start byl úspěšný a všechny tři etapy byly dokončeny v 04:55 UTC. Kryt dalekohledu byl odhozen 7. dubna 2009 a první světelné snímky byly pořízeny následující den.

20. dubna 2009 bylo oznámeno, že vědecký tým Keplera dospěl k závěru, že další zpřesnění zaměření dramaticky zvýší vědecký návrat. 23. dubna 2009 bylo oznámeno, že ohnisko bylo úspěšně optimalizováno posunutím primárního zrcadla o 40  mikrometrů (1,6 tisíciny palce) směrem k ohniskové rovině a nakloněním primárního zrcadla o 0,0072 stupně.

13. května 2009, v 00:01 UTC, Kepler úspěšně dokončil fázi uvedení do provozu a zahájil hledání planet kolem jiných hvězd.

19. června 2009 sonda úspěšně odeslala na Zemi svá první vědecká data. Bylo zjištěno, že Kepler vstoupil do bezpečného režimu 15. června. Druhá událost nouzového režimu nastala 2. července. V obou případech byla událost vyvolána resetem procesoru . Kosmická loď pokračovala v normálním provozu 3. července a vědecká data, která byla shromážděna od 19. června, byla toho dne stažena. 14. října 2009 bylo zjištěno, že příčinou těchto bezpečnostních událostí je nízkonapěťový napájecí zdroj, který napájí procesor RAD750 . 12. ledna 2010 vysílala jedna část ohniskové roviny anomální data, což naznačovalo problém s modulem ohniskové roviny MOD-3, který pokrývá dva ze 42 CCD snímačů Kepler . Od října 2010 byl modul popsán jako „neúspěšný“, ale pokrytí stále překračovalo vědecké cíle.

Kepler stahoval zhruba dvanáct gigabajtů dat přibližně jednou za měsíc – příkladem takového sestupného spoje bylo 22.–23. listopadu 2010.

Zorné pole

Diagram Keplerovy zkoumané oblasti s nebeskými souřadnicemi

Kepler má pevné zorné pole (FOV) proti obloze. Diagram vpravo ukazuje nebeské souřadnice a umístění polí detektoru spolu s umístěním několika jasných hvězd s nebeským severem v levém horním rohu. Web mise má kalkulačku, která určí, zda daný objekt spadá do FOV, a pokud ano, kde se objeví ve výstupním datovém toku fotodetektoru. Údaje o kandidátech na exoplanetu se zasílají do programu Kepler Follow-up Program neboli KFOP, aby provedl následná pozorování.

Zorné pole fotometru v souhvězdí Labutě , Lyry a Draka

Keplerovo zorné pole pokrývá 115 čtverečních stupňů , přibližně 0,25 procenta oblohy, neboli „asi dvě naběračky Velkého vozu“. K pokrytí celé oblohy by tedy bylo zapotřebí asi 400 dalekohledů podobných Keplerovi. Pole Kepler obsahuje části souhvězdí Labutě , Lyry a Draka .

Nejbližší hvězdný systém v Keplerově zorném poli je trinární hvězdný systém Gliese 1245 , 15 světelných let od Slunce. V zorném poli je také hnědý trpaslík WISE J2000+3629, 22,8 ± 1 světelný rok od Slunce, ale pro Keplera je neviditelný kvůli vyzařování světla primárně v infračervených vlnových délkách.

Cíle a metody

Vědeckým cílem kosmického dalekohledu Kepler bylo prozkoumat strukturu a rozmanitost planetárních systémů . Tato kosmická loď pozoruje velký vzorek hvězd, aby dosáhla několika klíčových cílů:

  • Určit, kolik planet velikosti Země a větších planet se nachází v obyvatelné zóně nebo v její blízkosti (často nazývané „planety Zlatovlásky“) široké škály spektrálních typů hvězd.
  • Určit rozsah velikosti a tvaru oběžných drah těchto planet.
  • Odhadnout, kolik planet je ve vícehvězdných soustavách.
  • K určení rozsahu velikosti oběžné dráhy, jasnosti, velikosti, hmotnosti a hustoty krátkoperiodických obřích planet.
  • Identifikovat další členy každého objeveného planetárního systému pomocí jiných technik.
  • Určete vlastnosti těch hvězd, které ukrývají planetární systémy.

Většina exoplanet dříve detekovaných jinými projekty byly obří planety , většinou velikosti Jupitera a větší. Kepler byl navržen tak, aby hledal planety 30 až 600krát méně hmotné, blíže k řádu hmotnosti Země (Jupiter je 318krát hmotnější než Země). Použitá metoda, metoda tranzitu , zahrnuje pozorování opakovaného přechodu planet před jejich hvězdami, což způsobuje mírné snížení zdánlivé velikosti hvězdy , v řádu 0,01 % pro planetu velikosti Země. Míra tohoto snížení jasnosti může být použita k odvození průměru planety a interval mezi tranzity může být použit k odvození orbitální doby planety, ze které lze odvodit odhady její hlavní poloosy (pomocí Keplerova zákonů ) a její teplotu (pomocí modelů hvězdného záření) lze vypočítat.

Pravděpodobnost, že náhodná planetární dráha je podél přímky viditelnosti ke hvězdě, je průměr hvězdy dělený průměrem oběžné dráhy. Pro planetu velikosti Země ve vzdálenosti 1  AU procházející hvězdou podobnou Slunci je pravděpodobnost 0,47 %, neboli asi 1 ku 210. Pro planetu jako Venuše obíhající hvězdu podobnou Slunci je pravděpodobnost mírně vyšší, 0,65 %; Pokud má hostitelská hvězda více planet, je pravděpodobnost dalších detekcí vyšší než pravděpodobnost počáteční detekce za předpokladu, že planety v daném systému mají tendenci obíhající v podobných rovinách – což je předpoklad konzistentní se současnými modely formování planetárního systému. Pokud by například mise podobná Keplerovi vedená mimozemšťany pozorovala Zemi při průchodu Sluncem, existuje 7% pravděpodobnost, že by také spatřila přechod Venuše .

Keplerovo zorné pole 115 stupňů 2 mu dává mnohem vyšší pravděpodobnost detekce planet velikosti Země než Hubbleův vesmírný dalekohled , který má zorné pole pouhých 10 úhlových minut čtverečních . Kromě toho se Kepler věnuje odhalování planetárních tranzitů, zatímco Hubbleův vesmírný teleskop se používá k řešení široké škály vědeckých otázek a jen zřídka se dívá nepřetržitě pouze na jedno hvězdné pole. Z přibližně půl milionu hvězd v Keplerově zorném poli bylo k pozorování vybráno kolem 150 000 hvězd. Více než 90 000 hvězd typu G na hlavní posloupnosti nebo blízko ní . Kepler byl tedy navržen tak, aby byl citlivý na vlnové délky 400–865 nm, kde jasnost těchto hvězd vrcholí. Většina hvězd pozorovaných Keplerem má zdánlivou vizuální magnitudu mezi 14 a 16, ale nejjasnější pozorované hvězdy mají zdánlivou vizuální magnitudu 8 nebo nižší. U většiny kandidátů planet se původně neočekávalo, že budou potvrzeny, protože jsou příliš slabé pro následná pozorování. Všechny vybrané hvězdy jsou pozorovány současně, přičemž sonda měří změny jejich jasnosti každých třicet minut. To poskytuje lepší šanci vidět tranzit. Mise byla navržena tak, aby maximalizovala pravděpodobnost detekce planet obíhajících kolem jiných hvězd.

Protože Kepler musí pozorovat alespoň tři přechody, aby se potvrdilo, že stmívání hvězdy bylo způsobeno tranzitující planetou, a protože větší planety dávají signál, který lze snáze zkontrolovat, vědci očekávali, že první hlášené výsledky budou větší planety velikosti Jupitera v roce těsné oběžné dráhy. První z nich byly hlášeny po pouhých několika měsících provozu. Menším planetám a planetám vzdáleným od jejich Slunce by to trvalo déle a objevování planet srovnatelných se Zemí mělo trvat tři roky nebo déle.

Data shromážděná Keplerem se také používají ke studiu proměnných hvězd různých typů a provádění asteroseismologie , zejména na hvězdách vykazujících oscilace podobné Slunci .

Proces hledání planety

Hledání kandidátů na planety

Umělecký dojem z Keplera

Jakmile Kepler shromáždí a odešle data zpět, vytvoří se hrubé světelné křivky. Hodnoty jasu jsou poté upraveny tak, aby zohledňovaly změny jasu způsobené rotací kosmické lodi. Dalším krokem je zpracování (skládání) světelných křivek do snadněji pozorovatelné podoby a ponechání softwaru, aby vybral signály, které se zdají být potenciálně tranzitní. V tomto bodě se každý signál, který vykazuje potenciální vlastnosti podobné tranzitu, nazývá událost překročení prahu. Tyto signály jsou jednotlivě kontrolovány ve dvou kontrolních kolech, přičemž první kolo trvá pouze několik sekund na cíl. Tato kontrola eliminuje chybně zvolené nesignály, signály způsobené přístrojovým šumem a zjevné zákrytové dvojhvězdy.

Události překročení prahu, které projdou těmito testy, se nazývají Keplerovy objekty zájmu (KOI), obdrží označení KOI a jsou archivovány. KOI jsou kontrolovány důkladněji v procesu zvaném dispozice. Ti, kteří projdou dispozicí, se nazývají kandidáti na Keplerovu planetu. Archiv KOI není statický, což znamená, že kandidát Keplera by mohl při další kontrole skončit na seznamu falešně pozitivních výsledků. Na druhé straně KOI, které byly omylem klasifikovány jako falešně pozitivní, mohly skončit zpět na seznamu kandidátů.

Ne všichni kandidáti na planetu procházejí tímto procesem. Cirkumbinární planety nevykazují striktně periodické tranzity a musí být kontrolovány jinými metodami. Kromě toho výzkumní pracovníci třetích stran používají různé metody zpracování dat nebo dokonce vyhledávají kandidáty planet z nezpracovaných dat světelné křivky. V důsledku toho mohou tyto planety postrádat označení KOI.

Potvrzení kandidátů na planety

Mise Kepler – noví kandidáti na exoplanety – od 19. června 2017.

Jakmile jsou z dat Keplera nalezeni vhodní kandidáti, je nutné vyloučit falešně pozitivní výsledky následnými testy.

Kandidáti na Keplera jsou obvykle zobrazeni jednotlivě pomocí pokročilejších pozemních dalekohledů, aby se odstranily jakékoli objekty na pozadí, které by mohly kontaminovat jasovou signaturu tranzitního signálu. Další metodou, jak vyloučit kandidáty na planety, je astrometrie , pro kterou může Kepler shromáždit dobrá data, i když to nebylo cílem návrhu. I když Kepler nemůže touto metodou detekovat objekty planetární hmotnosti, lze ji použít k určení, zda byl tranzit způsoben objektem o hmotnosti hvězdy.

Prostřednictvím jiných detekčních metod

Existuje několik různých metod detekce exoplanet, které pomáhají vyloučit falešné poplachy tím, že poskytují další důkaz, že kandidát je skutečná planeta. Jedna z metod, nazývaná dopplerovská spektroskopie , vyžaduje následná pozorování z pozemních dalekohledů. Tato metoda funguje dobře, pokud je planeta masivní nebo se nachází kolem relativně jasné hvězdy. Zatímco současné spektrografy jsou nedostatečné pro potvrzení kandidátů na planety s malou hmotností u relativně slabých hvězd, tuto metodu lze použít k objevování dalších masivních kandidátů na netranzitující planety kolem cílových hvězd.

Fotografie pořízená Keplerem s vyznačenými dvěma zajímavostmi. Nebeský sever je směrem k levému dolnímu rohu.

V multiplanetárních systémech mohou být planety často potvrzeny změnou časování tranzitu pohledem na čas mezi po sobě jdoucími tranzity, který se může lišit, pokud jsou planety navzájem gravitačně narušeny. To pomáhá potvrdit planety s relativně nízkou hmotností, i když je hvězda relativně vzdálená. Variace načasování tranzitu naznačují, že dvě nebo více planet patří ke stejnému planetárnímu systému. Existují dokonce případy, kdy je takto objevena i netranzitující planeta.

Cirkumbinární planety vykazují mnohem větší odchylky časování tranzitu mezi tranzity než planety gravitačně narušené jinými planetami. Doba jejich přepravy se také výrazně liší. Změny načasování a trvání tranzitu pro cirkumbinární planety jsou způsobeny spíše orbitálním pohybem hostitelských hvězd než jinými planetami. Navíc, pokud je planeta dostatečně hmotná, může způsobit mírné odchylky oběžných dob hostitelských hvězd. Přestože je obtížnější najít okružní planety kvůli jejich neperiodickým tranzitům, je mnohem snazší je potvrdit, protože časové vzorce tranzitů nelze napodobit zákrytovou dvojhvězdou nebo hvězdným systémem na pozadí.

Kromě tranzitů procházejí planety obíhající kolem svých hvězd variacemi odraženého světla – jako Měsíc procházejí fázemi od úplňku k novu a zase zpět. Protože Kepler nedokáže rozlišit planetu od hvězdy, vidí pouze kombinované světlo a zdá se, že jas hostitelské hvězdy se na každé oběžné dráze periodicky mění. I když je efekt malý – fotometrická přesnost potřebná k tomu, abyste viděli blízkou obří planetu, je přibližně stejná jako k detekci planety velikosti Země při přechodu přes hvězdu slunečního typu – planety velikosti Jupiteru s oběžnou dobou několika málo dní nebo méně jsou detekovatelné citlivými vesmírnými dalekohledy, jako je Kepler. Z dlouhodobého hlediska může tato metoda pomoci najít více planet než metoda tranzitu, protože změna odraženého světla s orbitální fází je do značné míry nezávislá na sklonu oběžné dráhy planety a nevyžaduje, aby planeta procházela před diskem hvězdy. . Kromě toho je fázová funkce obří planety také funkcí jejích tepelných vlastností a atmosféry, pokud existuje. Fázová křivka proto může omezovat jiné planetární vlastnosti, jako je distribuce velikosti částic atmosférických částic.

Keplerova fotometrická přesnost je často dostatečně vysoká, aby bylo možné pozorovat změny jasnosti hvězdy způsobené dopplerovským zářením nebo deformací tvaru hvězdy společníkem. Ty mohou být někdy použity k vyloučení kandidátů na horký Jupiter jako falešně pozitivních způsobených hvězdou nebo hnědým trpaslíkem, když jsou tyto účinky příliš nápadné. Existují však případy, kdy jsou takové účinky detekovány i planetárními souputníky, jako je TrES-2b .

Prostřednictvím validace

Pokud planetu nelze detekovat alespoň jednou z dalších detekčních metod, lze to potvrdit určením, zda je možnost, že by kandidátem na Keplera byla skutečná planeta, výrazně větší než jakékoli falešně pozitivní scénáře dohromady. Jednou z prvních metod bylo zjistit, zda tranzit vidí i jiné dalekohledy. První planetou potvrzenou touto metodou byla Kepler-22b , která byla kromě analýzy dalších falešně pozitivních možností také pozorována vesmírným dalekohledem Spitzer. Takové potvrzení je nákladné, protože malé planety lze obecně detekovat pouze vesmírnými dalekohledy.

V roce 2014 byla oznámena nová metoda potvrzení nazvaná „validace multiplicity“. Z planet dříve potvrzených různými metodami bylo zjištěno, že planety ve většině planetárních systémů obíhají v relativně ploché rovině, podobně jako planety ve Sluneční soustavě. To znamená, že pokud má hvězda více kandidátů na planety, je velmi pravděpodobné, že jde o skutečný planetární systém. Tranzitní signály musí stále splňovat několik kritérií, která vylučují falešně pozitivní scénáře. Například musí mít značný odstup signálu od šumu, má alespoň tři pozorované tranzity, orbitální stabilita těchto systémů musí být stabilní a tranzitní křivka musí mít tvar, aby částečně zákrytové dvojhvězdy nemohly napodobit tranzitní signál. . Navíc jeho oběžná doba musí být 1,6 dne nebo déle, aby se vyloučily běžné falešně pozitivní výsledky způsobené zákrytovými dvojhvězdami. Validace multiplicitní metodou je velmi efektivní a umožňuje potvrdit stovky kandidátů Keplera v relativně krátkém čase.

Byla vyvinuta nová metoda ověřování pomocí nástroje PASTIS. Umožňuje potvrdit planetu, i když byla detekována pouze jediná kandidátská událost tranzitu hostitelské hvězdy. Nevýhodou tohoto nástroje je, že vyžaduje relativně vysoký poměr signálu k šumu z dat Kepler , takže může potvrdit hlavně jen větší planety nebo planety kolem tichých a relativně jasných hvězd. V současné době probíhá analýza kandidátů Keplera touto metodou. PASTIS byl poprvé úspěšný při ověřování planety Kepler-420b.

Výsledky mise

Detail Keplerova snímku zkoumané oblasti ukazující otevřenou hvězdokupu NGC 6791 . Nebeský sever je směrem k levému dolnímu rohu.
Detail Keplerova snímku zkoumané oblasti. Je zobrazeno umístění TrES-2b na tomto obrázku. Nebeský sever je směrem k levému dolnímu rohu.

Vesmírný dalekohled Kepler byl v aktivním provozu od roku 2009 do roku 2013, přičemž první hlavní výsledky byly oznámeny 4. ledna 2010. Jak se očekávalo, počáteční objevy byly všechny planety s krátkou periodou. Jak mise pokračovala, našli se další kandidáti na delší období. K listopadu 2018 Kepler objevil 5 011 kandidátů na exoplanety a 2 662 potvrzených exoplanet. K srpnu 2022 zbývá potvrdit 2 056 kandidátů na exoplanety a 2 711 je nyní potvrzených exoplanet.

2009

NASA uspořádala tiskovou konferenci k projednání prvních vědeckých výsledků mise Kepler 6. srpna 2009. Na této tiskové konferenci bylo odhaleno, že Kepler potvrdil existenci dříve známé tranzitující exoplanety HAT-P-7b a funguje dobře . dost k objevování planet velikosti Země.

Protože Keplerova detekce planet závisí na pozorování velmi malých změn v jasnosti, hvězdy, které se samy o sobě mění v jasnosti ( proměnné hvězdy ), nejsou při tomto hledání užitečné. Z prvních několika měsíců dat vědci z Kepleru určili, že asi 7 500 hvězd z původního seznamu cílů jsou takové proměnné hvězdy. Tito byli vyřazeni z cílového seznamu a nahrazeni novými kandidáty. 4. listopadu 2009 projekt Kepler veřejně zveřejnil světelné křivky vypuštěných hvězd. První nová kandidátka na planetu pozorovaná Keplerem byla původně označena jako falešně pozitivní kvůli nejistotám v hmotnosti její mateřské hvězdy. O deset let později však byla potvrzena a nyní nese označení Kepler-1658b .

Prvních šest týdnů dat odhalilo pět dříve neznámých planet, všechny velmi blízko svých hvězd. Mezi pozoruhodné výsledky patří jedna z dosud nalezených planet s nejnižší hustotou, dva bílí trpaslíci s nízkou hmotností, kteří byli původně hlášeni jako členové nové třídy hvězdných objektů, a Kepler-16b , dobře charakterizovaná planeta obíhající kolem dvojhvězdy.

2010

Dne 15. června 2010 mise Kepler zveřejnila údaje o všech kromě 400 z ~156 000 planetárních cílových hvězd. 706 cílů z tohoto prvního souboru dat má životaschopné kandidáty na exoplanety s velikostmi od malých jako Země po větší než Jupiter. Byla uvedena identita a charakteristiky 306 ze 706 cílů. Uvolněné cíle zahrnovaly pět kandidátských multiplanetových systémů, včetně šesti dalších kandidátů na exoplanety. U většiny kandidátů byly k dispozici údaje pouze za 33,5 dne. NASA také oznámila, že údaje pro dalších 400 kandidátů byly zadrženy, aby umožnila členům týmu Keplera provádět následná pozorování. Údaje pro tyto kandidáty byly zveřejněny 2. února 2011. (Viz výsledky Keplera za rok 2011 níže.)

Výsledky Keplera založené na kandidátech na seznamu zveřejněném v roce 2010 naznačují, že většina kandidátských planet má poloměr menší než poloviční poloměr Jupiteru. Výsledky také naznačují, že malé kandidátské planety s periodami kratšími než třicet dní jsou mnohem běžnější než velké kandidátské planety s periodami kratšími než třicet dní a že pozemské objevy odebírají vzorky z velkého ocasu distribuce velikosti. To odporovalo starším teoriím, které naznačovaly, že malé planety a planety velikosti Země by byly relativně vzácné. Na základě extrapolací z dat Keplera může být realistický odhad přibližně 100 milionů obyvatelných planet v Mléčné dráze. Některé zprávy z médií o přednášce TED vedly k nedorozumění, že Kepler tyto planety skutečně našel. Toto bylo objasněno v dopise řediteli NASA Ames Research Center , pro Keplerovu vědeckou radu ze dne 2. srpna 2010 uvádí: „Analýza současných dat Keplera nepodporuje tvrzení, že Kepler našel nějaké planety podobné Zemi. "

V roce 2010 Kepler identifikoval dva systémy obsahující objekty, které jsou menší a teplejší než jejich mateřské hvězdy: KOI 74 a KOI 81 . Tyto objekty jsou pravděpodobně bílí trpaslíci s nízkou hmotností produkovaní předchozími epizodami přenosu hmoty v jejich systémech.

2011

Porovnání velikosti exoplanet Kepler-20e a Kepler-20f s Venuší a Zemí

2. února 2011 tým Kepler oznámil výsledky analýzy dat pořízených mezi 2. květnem a 16. zářím 2009. Našli 1235 planetárních kandidátů obíhajících kolem 997 hostitelských hvězd. (Čísla, která následují, předpokládají, že kandidáti jsou skutečně planety, ačkoliv je oficiální noviny nazývaly pouze kandidáty. Nezávislá analýza ukázala, že nejméně 90 % z nich jsou skutečné planety a ne falešně pozitivní). 68 planet mělo přibližně velikost Země, 288 planet super-Země , 662 velikost Neptunu, 165 velikost Jupiteru a 19 až dvakrát větších než Jupiter. Na rozdíl od předchozí práce je zhruba 74 % planet menších než Neptun, s největší pravděpodobností v důsledku předchozí práce snáze najít velké planety než menší.

Toto vypuštění 1235 kandidátů na exoplanety z 2. února 2011 zahrnovalo 54, které mohou být v " obyvatelné zóně ", včetně pěti menších než dvakrát větších než Země. Dříve existovaly pouze dvě planety, o kterých se předpokládalo, že se nacházejí v „obyvatelné zóně“, takže tato nová zjištění představují enormní rozšíření potenciálního počtu „planet Zlatovlásky“ (planet se správnou teplotou pro podporu kapalné vody). Všichni kandidáti na obyvatelnou zónu, kteří byli dosud nalezeni, obíhají hvězdy výrazně menší a chladnější než Slunce (obyvatelným kandidátům kolem hvězd podobných Slunci bude trvat několik dalších let, než nashromáždí tři přechody potřebné pro detekci). Ze všech kandidátů na nové planety je 68 o 125 % velikosti Země nebo menší nebo menší než všechny dříve objevené exoplanety. „velikost Země“ a „velikost superzemě“ je definována jako „menší nebo rovna 2 poloměrům Země (Re)“ [(nebo, Rp ≤ 2,0 Re) – tabulka 5]. Šest takových kandidátů na planety [jmenovitě: KOI 326,01 (Rp=0,85), KOI 701,03 (Rp=1,73), KOI 268,01 (Rp=1,75), KOI 1026,01 (Rp=1,77), KOI 854,131 (KOI=Rp=1,73). Rp=1,96) – Tabulka 6] jsou v „obyvatelné zóně“. Novější studie zjistila, že jeden z těchto kandidátů (KOI 326.01) je ve skutečnosti mnohem větší a žhavější, než se původně uvádělo.

Četnost pozorování planet byla nejvyšší u exoplanet dvakrát až třikrát větších než Země a poté klesala nepřímo úměrně k ploše planety. Nejlepší odhad (k březnu 2011), po zohlednění pozorovacích odchylek, byl: 5,4 % hvězd hostí kandidáty velikosti Země, 6,8 % hostí kandidáty velikosti superZemě, 19,3 % hostí kandidáty velikosti Neptun a 2,55 % hostitelů Kandidáti velikosti Jupiter nebo větší. Víceplanetové systémy jsou běžné; 17 % hostitelských hvězd má multikandidátní systémy a 33,9 % všech planet je ve více planetárních systémech.

Do 5. prosince 2011 tým Kepler oznámil, že objevil 2 326 planetárních kandidátů, z nichž 207 má podobnou velikost jako Země, 680 má velikost super Země, 1 181 velikost Neptunu, 203 velikost Jupiteru a 55 větší než Jupiter. Ve srovnání s údaji z února 2011 se počet planet velikosti Země a super-Země zvýšil o 200 % a 140 %. Kromě toho bylo v obyvatelných zónách zkoumaných hvězd nalezeno 48 kandidátů na planety, což představuje pokles oproti únorovému údaji; to bylo způsobeno přísnějšími kritérii používanými v prosincových datech.

Dne 20. prosince 2011 oznámil tým Kepler objev prvních exoplanet velikosti Země , Kepler-20e a Kepler-20f , obíhajících kolem hvězdy podobné Slunci , Kepler-20 .

Na základě Keplerova zjištění odhadl astronom Seth Shostak v roce 2011, že „v okruhu tisíce světelných let od Země“ existuje „nejméně 30 000“ obyvatelných planet. Na základě zjištění Keplerův tým také odhadl, že v Mléčné dráze je „nejméně 50 miliard planet“, z nichž „nejméně 500 milionů“ je v obyvatelné zóně . V březnu 2011 astronomové z NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) oznámili, že se očekává, že asi „1,4 až 2,7 procenta“ všech hvězd podobných Slunci bude mít planety velikosti Země „v obyvatelných zónách svých hvězd“. To znamená, že jen v Mléčné dráze jsou „dvě miliardy“ těchto „analogů Země“. Astronomové JPL také poznamenali, že existuje „50 miliard dalších galaxií“, které potenciálně poskytují více než jeden sextillion „analogových planet Země“, pokud mají všechny galaxie podobný počet planet jako Mléčná dráha.

2012

V lednu 2012 oznámil mezinárodní tým astronomů, že každá hvězda v Mléčné dráze může hostit " v průměru...nejméně 1,6 planety ", což naznačuje, že v Mléčné dráze může existovat více než 160 miliard planet spojených s hvězdami. Kepler také zaznamenal vzdálené supervzplanutí hvězd , z nichž některé jsou 10 000krát silnější než událost Carrington z roku 1859 . Supervzplanutí mohou být vyvolány blízko obíhajícími planetami velikosti Jupiteru . Technika Transit Timing Variation (TTV), která byla použita k objevu Keplera-9d , získala popularitu pro potvrzení objevů exoplanet. Byla také potvrzena planeta v systému se čtyřmi hvězdami, což bylo poprvé, co byl takový systém objeven.

V roce 2012 bylo celkem 2 321 kandidátů . Z nich je 207 velikostí podobných Zemi, 680 superzemských, 1 181 Neptunových, 203 Jupiterových a 55 větších než Jupiter. Navíc bylo v obyvatelných zónách zkoumaných hvězd nalezeno 48 kandidátů na planety. Tým Kepler odhadl, že 5,4 % všech hvězd hostí kandidáty na planety velikosti Země a že 17 % všech hvězd má více planet.

2013

Graf zobrazující Keplerovy objevy v kontextu všech objevených exoplanet (až do roku 2013), s některými pravděpodobnostmi tranzitu uvedenými jako příklady scénářů.

Podle studie astronomů z Caltechu zveřejněné v lednu 2013 obsahuje Mléčná dráha přinejmenším tolik planet jako hvězd, což má za následek 100–400 miliard exoplanet . Studie založená na planetách obíhajících kolem hvězdy Kepler-32 naznačuje, že planetární systémy mohou být běžné kolem hvězd v Mléčné dráze. Objev 461 dalších kandidátů byl oznámen 7. ledna 2013. Čím déle Kepler sleduje, tím více planet s dlouhými periodami dokáže detekovat.

Od vydání posledního katalogu Keplera v únoru 2012 se počet kandidátů objevených v datech Keplera zvýšil o 20 procent a nyní čítá celkem 2 740 potenciálních planet obíhajících kolem 2 036 hvězd.

Kandidátem, nově oznámeným 7. ledna 2013, byl Kepler-69c (dříve KOI-172.02 ), exoplaneta o velikosti Země obíhající kolem hvězdy podobné Slunci v obyvatelné zóně a možná obyvatelná.

V dubnu 2013 byl objeven bílý trpaslík ohýbající světlo svého společníka červeného trpaslíka ve hvězdném systému KOI-256 .

V dubnu 2013 NASA oznámila objev tří nových exoplanet velikosti Země – Kepler-62e , Kepler-62f a Kepler-69c – v obyvatelných zónách jejich příslušných hostitelských hvězd, Kepler-62 a Kepler-69 . Nové exoplanety jsou považovány za hlavní kandidáty na vlastnictví kapalné vody a tedy obyvatelného prostředí. Novější analýza ukázala, že Kepler-69c je pravděpodobně více analogický s Venuší, a proto je nepravděpodobné, že by byl obyvatelný.

15. května 2013 NASA oznámila, že vesmírný dalekohled byl ochromen selháním reakčního kola , které jej udržuje nasměrované správným směrem. Druhé kolo předtím selhalo a dalekohled vyžadoval tři kola (ze čtyř celkem), aby byl funkční, aby přístroj správně fungoval. Další testování v červenci a srpnu zjistilo, že zatímco Kepler byl schopen použít svá poškozená reakční kola, aby se zabránil vstupu do bezpečného režimu a downlinkingu dříve shromážděných vědeckých dat, nebyl schopen sbírat další vědecká data, jak bylo dříve nakonfigurováno. Vědci pracující na projektu Kepler uvedli, že stále existuje množství nevyřízených dat, které je třeba prozkoumat, a že v následujících několika letech budou učiněny další objevy, a to i přes neúspěch.

Přestože od problému nebyla shromážděna žádná nová vědecká data z Keplerova pole, v červenci 2013 bylo na základě dříve shromážděných pozorování oznámeno dalších šedesát tři kandidátů.

V listopadu 2013 se konala druhá vědecká konference Kepler. Objevy zahrnovaly střední velikost kandidátů na planety, které se zmenšily ve srovnání s počátkem roku 2013, předběžné výsledky objevu několika cirkumbinárních planet a planet v obyvatelné zóně.

2014

Histogram objevů exoplanet. Žlutý stínovaný pruh ukazuje nově oznámené planety včetně těch, které byly ověřeny technikou multiplicity (26. února 2014).

Dne 13. února bylo oznámeno více než 530 dalších kandidátů na planety sídlící v okolí systémů jednotlivých planet. Několik z nich mělo velikost téměř Země a nacházelo se v obyvatelné zóně. Tento počet byl dále zvýšen o asi 400 v červnu 2014.

26. února vědci oznámili, že data z Keplera potvrdila existenci 715 nových exoplanet. Byla použita nová statistická metoda konfirmace nazvaná "verifikace multiplicitou", která je založena na tom, kolik planet kolem více hvězd bylo zjištěno jako skutečné planety. To umožnilo mnohem rychlejší potvrzení mnoha kandidátů, kteří jsou součástí multiplanetárních systémů. 95 % objevených exoplanet bylo menších než Neptun a čtyři, včetně Kepler-296f, byly menší než 2 1/2 velikosti Země a byly v obyvatelných zónách , kde jsou povrchové teploty vhodné pro kapalnou vodu .

V březnu studie zjistila, že malé planety s oběžnou dobou kratší než jeden den jsou obvykle doprovázeny alespoň jednou další planetou s oběžnou dobou 1–50 dní. Tato studie také poznamenala, že planety s ultrakrátkým obdobím jsou téměř vždy menší než 2 poloměry Země, pokud se nejedná o špatně zarovnaný horký Jupiter.

17. dubna oznámil tým Kepler objev Kepler-186f , první planety téměř velikosti Země nacházející se v obyvatelné zóně. Tato planeta obíhá kolem červeného trpaslíka.

V květnu 2014 byla oznámena a podrobně popsána pozorovací pole K2 0 až 13. Pozorování K2 začalo v červnu 2014.

V červenci 2014 byly hlášeny první objevy z terénních dat K2 ve formě zákrytových dvojhvězd . Objevy byly odvozeny ze souboru inženýrských dat Kepler, který byl shromážděn před kampaní 0 v rámci přípravy na hlavní misi K2 .

23. září 2014 NASA oznámila, že mise K2 dokončila kampaň 1, první oficiální soubor vědeckých pozorování, a že kampaň 2 právě probíhá.

Kepler pozoroval KSN 2011b, supernovu typu Ia , v procesu explodování: před, během a po.

Kampaň 3 trvala od 14. listopadu 2014 do 6. února 2015 a zahrnovala „16 375 standardních dlouhých terčů a 55 standardních krátkých kadenčních cílů“.

2015

  • V lednu 2015 počet potvrzených planet Kepler přesáhl 1000. Nejméně dvě ( Kepler-438b a Kepler-442b ) z objevených planet oznámily, že tento měsíc byly pravděpodobně kamenité a v obyvatelné zóně . V lednu 2015 také NASA oznámila, že pět potvrzených kamenných exoplanet menší než planeta Venuše bylo nalezeno obíhajících kolem 11,2 miliardy let staré hvězdy Kepler-444 , takže tento hvězdný systém je ve stáří 80 % vesmír , nejstarší dosud objevený .
  • V dubnu 2015 bylo hlášeno, že kampaň 4 trvala mezi 7. únorem 2015 a 24. dubnem 2015 a zahrnovala pozorování téměř 16 000 cílových hvězd a dvou pozoruhodných otevřených hvězdokup, Plejád a Hyád.
  • V květnu 2015 Kepler pozoroval nově objevenou supernovu KSN 2011b ( typ 1a ) před, během a po explozi. Podrobnosti o momentech před novem mohou vědcům pomoci lépe porozumět temné energii .
  • Dne 24. července 2015 NASA oznámila objev Kepler-452b , potvrzené exoplanety, která má velikost blízkou Zemi a byla nalezena obíhající obyvatelnou zónu hvězdy podobné Slunci. Byl vydán sedmý katalog kandidátů na planetu Kepler, který obsahuje 4 696 kandidátů, což představuje nárůst o 521 kandidátů od předchozího vydání katalogu v lednu 2015.
  • Dne 14. září 2015 astronomové ohlásili neobvyklé světelné fluktuace KIC 8462852 , hvězdy hlavní posloupnosti typu F v souhvězdí Labutě , jak ji detekoval Kepler, při hledání exoplanet . Byly předloženy různé hypotézy, včetně komet , asteroidů a mimozemské civilizace .

2016

Do 10. května 2016 mise Kepler ověřila 1284 nových planet. Na základě jejich velikosti by asi 550 mohlo být kamenných planet. Devět z nich obíhá v obyvatelné zóně svých hvězd :

Stav mise

Kepler byl vypuštěn v roce 2009. Byl velmi úspěšný při hledání exoplanet, ale selhání dvou ze čtyř reakčních kol ochromilo jeho prodlouženou misi v roce 2013. Bez tří funkčních kol nebylo možné teleskop přesně zaměřit. 30. října 2018 NASA oznámila, že vesmírné lodi došlo palivo a její mise byla oficiálně ukončena.

Rozšíření

Předpokládaná struktura Mléčné dráhy překrytá původním vyhledávacím prostorem Keplera.

V dubnu 2012 nezávislý panel předních vědců NASA doporučil, aby mise Keplera pokračovala do roku 2016. Podle staršího přehledu bylo třeba, aby pozorování Keplera pokračovalo alespoň do roku 2015, aby bylo dosaženo všech uvedených vědeckých cílů. 14. listopadu 2012 NASA oznámila dokončení primární mise Keplera a začátek její prodloužené mise, která skončila v roce 2018, když jí došlo palivo.

Problémy s reakčním kolem

V červenci 2012 selhalo jedno ze čtyř reakčních kol Keplera (kolo 2). 11. května 2013 selhalo druhé kolo (kolo 4), což ohrozilo pokračování mise, protože pro lov planety jsou nezbytná tři kola. Kepler nesbíral vědecká data od května, protože nebyla schopna ukazovat s dostatečnou přesností. 18. a 22. července byla testována reakční kola 4 a 2; kolo 4 se otáčelo pouze proti směru hodinových ručiček, ale kolo 2 běželo v obou směrech, i když s výrazně zvýšenými úrovněmi tření. Dalším testem kola 4 dne 25. července se podařilo dosáhnout obousměrné rotace. Obě kola však vykazovala příliš velké tření, než aby byla užitečná. 2. srpna NASA vyhlásila výzvu k předkládání návrhů na využití zbývajících schopností Keplera pro další vědecké mise. Počínaje 8. srpnem bylo provedeno úplné vyhodnocení systémů. Bylo zjištěno, že kolo 2 nemůže poskytnout dostatečnou přesnost pro vědecké mise a kosmická loď byla vrácena do „klidového“ stavu, aby se šetřilo palivo. Kolo 4 bylo dříve vyloučeno, protože vykazovalo vyšší úrovně tření než kolo 2 v předchozích testech. Posílat astronauty opravit Keplera nepřichází v úvahu, protože obíhá kolem Slunce a je miliony kilometrů od Země.

15. srpna 2013 NASA oznámila, že Kepler nebude pokračovat v hledání planet pomocí tranzitní metody poté, co selhaly pokusy vyřešit problémy se dvěma ze čtyř reakčních kol. Byla nařízena technická zpráva k posouzení schopností kosmické lodi, jejích dvou dobrých reakčních kol a jejích trysek. Souběžně byla provedena vědecká studie, která měla zjistit, zda lze z omezeného rozsahu společnosti Kepler získat dostatek znalostí, které by ospravedlnily její roční náklady ve výši 18 milionů dolarů.

Možné nápady zahrnovaly hledání asteroidů a komet, hledání důkazů o supernovách a hledání obrovských exoplanet pomocí gravitační mikročočky . Dalším návrhem bylo upravit software na Kepleru tak, aby kompenzoval nefunkční reakční kola. Místo aby byly hvězdy v Keplerově zorném poli pevné a stabilní, budou se unášet. Navrhovaný software však měl tento posun sledovat a víceméně úplně obnovit cíle mise, přestože nebyl schopen udržet hvězdy ve stálém pohledu.

Dříve shromážděná data se nadále analyzují.

Druhé světlo (K2)

V listopadu 2013 byl předložen ke zvážení nový plán mise s názvem K2 „Second Light“. K2 by zahrnoval využití zbývajících schopností Keplera, fotometrické přesnosti asi 300 ppm, ve srovnání s asi 20 ppm dříve, ke sběru dat pro studium „ výbuchů supernov , formování hvězd a těles sluneční soustavy , jako jsou asteroidy a komety , ... " a za nalezení a studium dalších exoplanet . V tomto navrhovaném plánu mise by Kepler prohledal mnohem větší oblast v rovině oběžné dráhy Země kolem Slunce . Nebeské objekty, včetně exoplanet, hvězd a dalších, detekované misí K2, by byly spojeny se zkratkou EPIC , což je zkratka pro Ecliptic Plane Input Catalog .

Časová osa mise K2 (8. srpna 2014).

Na začátku roku 2014 prošla kosmická loď úspěšným testováním pro misi K2. Od března do května 2014 byla v rámci testování sbírána data z nového pole s názvem Pole 0. 16. května 2014 NASA oznámila souhlas s rozšířením mise Kepler na misi K2. Keplerova fotometrická přesnost pro misi K2 byla odhadnuta na 50 ppm na hvězdě o velikosti 12 při integraci 6,5 hodiny. V únoru 2014 byla fotometrická přesnost pro misi K2 pomocí dvoukolových operací s jemnou přesností naměřena jako 44 ppm na hvězdách o velikosti 12 při integraci 6,5 hodiny. Analýza těchto měření provedená NASA naznačuje, že fotometrická přesnost K2 se blíží přesnosti Keplerova archivu tříkolových dat s jemnou bodovou přesností.

29. května 2014 byla nahlášena a podrobně popsána pole kampaně 0 až 13.

Vysvětlen návrh K2 (11. prosince 2013).

Pole 1 mise K2 je nastaveno směrem k oblasti oblohy LeoPanna , zatímco pole 2 je směrem k oblasti „hlavy“ Scorpius a zahrnuje dvě kulové hvězdokupy, Messier 4 a Messier 80 , a část asociace Scorpius–Centaurus. , který je jen asi 11 milionů let starý a 120–140 parseků (380–470  ly ) vzdálený s pravděpodobně přes 1000 členů.

18. prosince 2014 NASA oznámila, že mise K2 detekovala její první potvrzenou exoplanetu, super-Země s názvem HIP 116454 b . Jeho podpis byl nalezen v souboru technických dat, která měla připravit kosmickou loď na plnou misi K2 . Bylo potřeba následná pozorování radiální rychlosti, protože byl detekován pouze jediný přechod planety.

Během plánovaného kontaktu dne 7. dubna 2016 bylo zjištěno, že Kepler pracuje v nouzovém režimu, nejnižším provozním a palivově nejnáročnějším režimu. Operace mise vyhlásily stav nouze kosmické lodi, což jim umožnilo přednostní přístup k síti NASA Deep Space Network . Večer 8. dubna byla kosmická loď upgradována do bezpečného režimu a 10. dubna byla uvedena do klidového stavu, stabilního režimu, který zajišťuje normální komunikaci a nejnižší spotřebu paliva. V té době byla příčina mimořádné události neznámá, ale nevěřilo se, že by za to mohla Keplerova reakční kola nebo plánovaný manévr na podporu K2's Campaign 9 . Operátoři stahovali a analyzovali technická data z kosmické lodi s prioritou návratu k normálním vědeckým operacím. Kepler byl vrácen do vědeckého režimu 22. dubna. Nouzový stav způsobil, že první polovina kampaně 9 byla zkrácena o dva týdny.

V červnu 2016 NASA oznámila prodloužení mise K2 o další tři roky, nad rámec očekávaného vyčerpání palubního paliva v roce 2018. V srpnu 2018 NASA probudila kosmickou loď z režimu spánku a použila upravenou konfiguraci, aby se vypořádala s problémy s tryskami, které se zhoršovaly. pointing performance a začal shromažďovat vědecká data pro 19. pozorovací kampaň, přičemž zjistil, že palivo na palubě ještě nebylo zcela vyčerpáno.

Vydání dat

Tým Keplera původně slíbil, že data zveřejní do jednoho roku od pozorování. Tento plán byl však po spuštění změněn, přičemž zveřejnění dat bylo naplánováno až tři roky po jejich sběru. To vedlo ke značné kritice, což vedlo vědecký tým Kepler k vydání třetího čtvrtletí svých dat jeden rok a devět měsíců po sběru. Údaje do září 2010 (4., 5. a 6. čtvrtletí) byly zveřejněny v lednu 2012.

Následná opatření ostatními

Tým Kepler pravidelně zveřejňuje seznam kandidátů ( Kepler Objects of Interest neboli KOI) pro veřejnost. Na základě těchto informací shromáždil tým astronomů data o radiální rychlosti pomocí spektrografu SOPHIE échelle, aby potvrdil existenci kandidáta KOI-428b v roce 2010, později pojmenovaného Kepler-40b . V roce 2011 stejný tým potvrdil kandidáta KOI-423b, později pojmenovaný Kepler-39b .

Účast občanských vědců

Od prosince 2010 se data z mise Kepler používají pro projekt Planet Hunters , který dobrovolníkům umožňuje hledat tranzitní události ve světelných křivkách snímků Keplera, aby identifikovali planety, které by počítačové algoritmy mohly minout. Do června 2011 uživatelé našli 69 potenciálních kandidátů, které tým mise Kepler předtím nerozpoznal. Tým má v plánu veřejně připsat amatérům, kteří takové planety objeví.

V lednu 2012 program BBC Stargazing Live odvysílal veřejnou výzvu pro dobrovolníky, aby analyzovali data Planethunters.org pro potenciální nové exoplanety. To vedlo dva amatérské astronomy – jednoho z Peterborough v Anglii – k objevu nové exoplanety velikosti Neptun , která dostala jméno Threapleton Holmes B. Do konce ledna se do pátrání zapojilo také sto tisíc dalších dobrovolníků, kteří analyzovali přes milion snímků Keplera počátkem roku 2012. Jedna taková exoplaneta, PH1b (nebo Kepler-64b z jejího označení Kepler), byla objevena v roce 2012. Druhá exoplaneta, PH2b (Kepler-86b) byla objevena v roce 2013.

V dubnu 2017 ABC Stargazing Live , variace BBC Stargazing Live , spustil projekt Zooniverse „Exoplanet Explorers“. Zatímco Planethunters.org pracoval s archivovanými daty, Exoplanet Explorers použili nedávno stažená data z mise K2. První den projektu bylo identifikováno 184 kandidátů na tranzit, kteří prošli jednoduchými testy. Druhý den výzkumný tým identifikoval hvězdný systém, později nazvaný K2-138 , s hvězdou podobnou Slunci a čtyřmi super-Zeměmi na těsné oběžné dráze. Nakonec dobrovolníci pomohli identifikovat 90 kandidátů na exoplanety. Občanští vědci , kteří pomohli objevit nový hvězdný systém, budou přidáni jako spoluautoři do výzkumného článku, až bude zveřejněn.

Potvrzené exoplanety

Exoplanety objevené pomocí Keplerových dat , ale potvrzené externími výzkumníky, zahrnují Kepler-39b, Kepler-40b, Kepler-41b , Kepler-43b , Kepler-44b , Kepler-45b , stejně jako planety obíhající Kepler-223 a Kepler. -42 . Zkratka „KOI“ označuje , že hvězda je zajímavým objektem Kepler .

Katalog vstupů Kepler

Katalog vstupů Kepler je veřejně prohledávatelná databáze zhruba 13,2 milionů cílů používaných pro program Kepler Spectral Classification Program a misi Kepler. Samotný katalog se nepoužívá pro hledání cílů Keplera, protože pouze část uvedených hvězd (asi jedna třetina katalogu) může být pozorována kosmickou lodí.

Pozorování sluneční soustavy

Keplerovi byl přidělen kód observatoře ( C55 ) , aby mohl hlásit svá astrometrická pozorování malých těles Sluneční soustavy Centru malých planet . V roce 2013 byla navržena alternativní mise NEOKepler , hledání objektů v blízkosti Země , zejména potenciálně nebezpečných asteroidů (PHA). Jeho jedinečná dráha a větší zorné pole než stávající průzkumné dalekohledy mu umožňují hledat objekty na oběžné dráze Země. Předpovídalo se, že 12měsíční průzkum by mohl významně přispět k honbě za PHA a také k potenciálnímu umístění cílů pro misi NASA Asteroid Redirect Mission . Keplerův první objev ve Sluneční soustavě však byl (506121) 2016 BP 81 , 200kilometrový studený klasický objekt Kuiperova pásu umístěný za oběžnou dráhou Neptunu .

Odchod do důchodu

Umělecké dílo zadané NASA k připomenutí odchodu Keplera do důchodu v říjnu až listopadu 2018.

října 2018 NASA oznámila, že vesmírný dalekohled Kepler, kterému došlo palivo, byl po devíti letech provozu a objevu více než 2 600 exoplanet oficiálně vyřazen a bude si udržovat svou současnou bezpečnou oběžnou dráhu mimo. Země. Kosmická loď byla deaktivována příkazem „na dobrou noc“ zaslaným z řídicího střediska mise v Laboratoři pro atmosférickou a kosmickou fyziku 15. listopadu 2018. Keplerovo odchod do důchodu se shoduje s 388. výročím smrti Johannese Keplera v roce 1630.

Viz také

Další projekty na hledání exoplanet ve vesmíru

Další projekty pozemního hledání exoplanet

Poznámky

Reference

externí odkazy

Katalogy a databáze exoplanet