Keplerin avaruusteleskooppi: Alkuperäinen eksoplaneettojen metsästäjä

NASAn Kepler -avaruusteleskooppi oli avaruuden observatorio, joka oli omistettu aurinkokuntamme ulkopuolisten planeettojen etsimiseen, keskittyen erityisesti maapalloa muistuttavien planeettojen löytämiseen. Observatorio oli toiminnassa vajaat yhdeksän vuotta sen käynnistämisestä maaliskuussa 2009 sen käytöstä poistamiseen 15. marraskuuta 2018.





Hyvästi, Kepler: NASA sulkee hedelmällisen planeettoja metsästävän avaruusteleskoopin

Keplerin lanseerauksen jälkeen tähtitieteilijät ovat löytäneet tuhansia aurinkokunnan ulkopuolisia planeettoja, tai eksoplaneetat yksin tämän kaukoputken kautta. Suurin osa niistä on planeettoja, jotka ovat Maan koon ja Neptunus (joka on neljä kertaa Maan kokoinen). Monet näistä planeetoista löydettiin tähtikuvion alueelta Cygnus suunnilleen kämmenen käden ulottuvilla oleva kämmenen kokoinen, johon Kepler osoitti tehtävänsä ensimmäisten neljän vuoden aikana.

Marraskuussa 2020 Keplerille oli myönnetty 2392 eksoplaneetan löytämistä, ja 2368 ehdokasplaneettaa odotti vahvistusta. NASA Exoplanet -arkisto . Tehtävää jatkettiin paljon aikataulun mukaisen päättymispäivän jälkeen, vaikka vuoden 2013 mekaaniset ongelmat pakottivat operaation johtajat luomaan muutetun K2 -tehtävän, jossa Kepler käytti auringonvalon painetta vakauttaakseen itsensä ja muutti näkemyksensä eri taivaanpaikoille.



Tutkijat ennustivat planeetan b Kepler-teleskoopin kauttakulkutietojen perusteella, että toinen planeetta c, noin Saturnuksen massa, kiertää kaukaista tähteä KOI-872. Tämä Lounais-tutkimuslaitoksen ja Harvard-Smithsonianin astrofysiikan keskuksen johtama tutkimus tarjoaa todisteita KOI-872: n ympäri kiertävien planeettojen järjestyksestä, toisin kuin oma aurinkokuntamme.

Kepler-teleskooppitutkimus antoi todisteita planeettojen järjestyksestä, joka ei ole erilainen kuin oma aurinkokuntamme, joka kiertää KOI-872-tähteä.(Kuva: Southwest Research Institute)

Kuinka Kepler sai alkunsa

Kepler oli hänen ideansa NASAn tutkija William J.Borucki , joka oli työskennellyt tieteellisten välineiden parissa Apollo -ohjelma . Vuodesta 1983 lähtien Borucki alkoi puolustaa NASA: ssa tehtävää, joka etsisi eksoplaneettoja katsomalla kauttakulkuja - tapahtumia, joissa planeetta kulkee tähtensä edessä Maan näkökulmasta katsottuna. NASA torjui Boruckin konseptin neljä kertaa, koska virasto vaati erilaisia ​​esityksiä siitä, että tehtävä oli teknisesti ja taloudellisesti toteutettavissa. NASA hyväksyi lopulta tehtävän vuonna 2001.



Kepler oli osa NASAn Discovery-ohjelmaa, joka rahoittaa halvempia avaruusaluksia aurinkokunnan tutkimukseen. Kepler valittiin samaan aikaan Dawn , avaruusalus, joka vieraili pienissä maailmoissa Vesta ja Ceres .

Luennolla Carl Sagan Institute Cornellin yliopistossa, Borucki selitti: '[Kepler] katselee yli 170 000 tähteä samanaikaisesti etsien planeettoja, jotka ylittävät tähtensä ja estävät jonkin verran valoa. Tämän valon estämisen avulla voimme kertoa, kuinka suuri planeetta on tähtiin verrattuna, ja kun se toistuu, voimme kertoa kiertoratajakson. Keplerin kolmannesta laista voimme päätellä, kuinka kaukana planeetta on tähdestä. Tarkastelemalla tähden ominaisuuksia voimme kertoa kuinka kuuma planeetta voi olla. ''

Lue lisää: Tähtitieteilijä Johannes Kepler avasi planeettojen liikkeen salaisuudet



Keplerin kolmannessa laissa, joka on nimetty tähtitieteilijä Johannes Keplerin (1571-1630) mukaan, todetaan, että jos tiedät planeetan vuoden pituuden (kiertorata-ajan) ja sen kantatähden massan, voit laskea sen keskimääräisen etäisyyden tähdestä.

Yksi Kepler -avaruusteleskoopin supervoimista on sen kyky mitata tähden kirkkaus pieneen prosenttiosuuteen. Tätä tarkkaa fotometriaa tarvitaan pienen himmennyksen havaitsemiseksi planeetan tähden edessä. Esimerkiksi auringon edessä kulkeva Jupiter estää noin 1% auringon valosta; Maapallo estää alle 0,01%.

Eksoplaneettojen metsästyksen alkuvuosina tähtitieteilijät pystyivät parhaiten löytämään valtavia kaasujättiläisiä - Jupiterin koko ja suurempia - jotka piilottivat lähellä vanhempaa tähteä. Keplerin herkän fotometrian lisääminen (samoin kuin kehittyneempi planeettojen metsästys maasta) tarkoittaa, että tähtitieteilijät ovat löytäneet enemmän `` super-maita '' tai planeettoja, jotka ovat vain hieman suurempia kuin maapallo, mutta joilla on kivinen pinta. Keplerin löydökset antavat myös tähtitieteilijöille mahdollisuuden ryhmittää eksoplaneettoja tyyppeihin, mikä auttaa ymmärtämään niiden alkuperää.

4,5 miljoonan tähden kenttä segmentoidun teleskoopin näkymän kautta - suorakulmaiset valokuvat tähdistä, jotka on järjestetty mustalle kentälle. Keplerin avaruusteleskooppi avasi ovensa

(Kuva: NASA/Ames/J.Jenkins)

Ensisijainen tehtävä

600 miljoonan dollarin Kepler -teleskooppi lanseerattiin vuonna 2009 odottaen sen toimivan vuoden.

Alkuaikoina tärkeä osa Keplerin toimintoja oli väärien positiivisten tulosten poistaminen. Koska näennäinen tähtien himmeneminen voi tapahtua myös muiden keinojen kuin eksoplaneettojen kauttakulun kautta (esimerkiksi tähden luonnollisen vaihtelun, tähtipisteiden tai muun tähden tai tähtiparin takia jossain samassa näköyhteydessä), jokainen ehdokasplaneetta vahvistettiin muiden teleskooppeja, yleensä mittaamalla painovoiman 'heiluminen', jonka tähti osoittaa pyörivälle planeetalle.

Mutta Keplerin alkuperäinen tehtävä ei ollut niinkään yksittäisten eksoplaneettojen tunnistaminen, vaan mahdollisimman monen tähden laskeminen ja planeettoja vastaanottavien tähtien prosenttiosuuden arviointi.

Joten Keplerin kokemuksen kerätessä tilastolliset menetelmät otettiin käyttöön. Esimerkiksi helmikuussa 2014 tähtitieteilijät aloittivat uuden tekniikan, nimeltään 'moninkertaisuuden tarkistaminen', joka erottaa useiden planeettojen järjestelmät monen tähden järjestelmistä ja löytää siten monia eksoplaneettoja kerralla. Tämän tekniikan avulla tiimi paljasti 715 vahvistettua planeettaa yhdessä julkaisussa, mikä teki suurimman erän planeettoja yhdessä ilmoituksessa tähän mennessä.

Aiheeseen liittyviä: Galleria: Kepler -planeettojen maailma

Kepler hyväksyttiin kaukana alkuperäisestä tehtävänsä pituudesta ja toimi hienosti toukokuuhun 2013 saakka, jolloin toinen sen neljästä reaktiopyörästä tai gyroskoopista epäonnistui. Teleskooppi tarvitsee vähintään kolmea näistä laitteista pysyäkseen oikeassa suunnassa. Tuolloin NASA sanoi, että kaukoputki oli edelleen hyvässä kunnossa, ja tutki laitteistolle vaihtoehtoisia tehtäväideoita.

Tähti loistaa lähes siluettisen Kepler -avaruusteleskoopin takana, joka on suunnilleen lieriömäinen esine, jonka ulkonemat ovat kauimpana katsojasta. Kaukana pieni sininen planeetta.

Taiteilijan kuva NASAn Kepler -avaruusteleskoopista, joka metsästää eksoplaneettoja.(Kuva: NASA)

Uusi tehtävä

Muutaman kuukauden sisällä virasto keksi uuden tehtävän avaruusteleskoopille, jonka se kutsui K2: ksi. Tehtävä käyttää aurinkoa aurinkotuuli teleskoopin vakauttamiseksi useita kuukausia kerrallaan. Sitten noin neljä kertaa vuodessa teleskooppi, jonka pituus on noin 15 metriä (4,7 metriä) ja halkaisija 2,7 metriä, kääntyy eri näkökenttään, kun aurinko on liian lähellä sen antureita.

Aiheeseen liittyviä: NASAn sairas planeettaa metsästävä Kepler-avaruusalus siirtyy lähemmäksi uutta tehtävää

Heinäkuussa 2015, kun uusi tehtävä ratkaistiin rutiiniksi, Borucki, joka oli tuolloin vielä päätutkija, jäi eläkkeelle 53 vuoden palvelun jälkeen NASA: ssa. toimisto .

Vaikka planeettojen löytämisen vauhti oli hitaampi uuden tehtävän myötä, uusia löytöjä jatkettiin. Tammikuussa 2016 NASA ilmoitti löytäneensä yli 100 uutta planeettaa K2 -havaintojen perusteella. `` Tämä vahvistaa koko K2 -ohjelman kyvyn löytää suuria määriä todellisia, vilpittömiä planeettoja '', Arizonan yliopiston tähtitieteilijä Ian Crossfield sanoi American Astronomical Societyn vuosikokouksessa, jonka aikana löytö julkistettiin.

Aiheeseen liittyviä: NASAn Kepler paahtelee 100 uutta eksoplaneettahakua

Kepler tutki TRAPPIST-1 järjestelmä-jossa todennäköisesti on useita maapallon kokoisia planeettoja-joulukuun 2016 ja maaliskuun 2017 välisenä aikana. Helmikuussa toinen tähtitieteilijäryhmä ilmoitti löytäneensä lisää maapallon kokoisia planeettoja. Keplerin tutkijat julkaisivat sitten raakatiedot TRAPPIST-1-havainnoistaan ​​muiden ryhmien analysoitavaksi, jos he olivat kiinnostuneita.

Helmikuussa 2018 NASA julkaisi toisen julkaisun Kepler -tiedoista 95 uudesta planeetasta, jotka löydettiin K2 -tehtävän aikana. Yksi näistä planeetoista kierteli kirkasta tähteä, mikä teki siitä helpon ehdokkaan maan observatorion seurantaan.

Vertailu Maasta ja Kepler-1649c: stä, eksoplaneetasta, joka on vain 1,06 kertaa Maan

Yksi Kepler-kaukoputken lähellä olevista planeetoista oli Kepler-1649c, eksoplaneetta, joka oli vain 1,06 kertaa Maan säde. Tutkijat löysivät tämän planeetan vuonna 2020 analysoidessaan vanhoja havaintoja Kepleriltä, ​​joka jäi eläkkeelle vuonna 2018.(Kuva: NASA/Ames Research Center/Daniel Rutter)

Suuria löytöjä

Keplerin ansiosta tiedämme nyt, kuinka yleistä on, että muilla tähdillä on planeettoja.

'Pohjimmiltaan jokaisella tähdellä on planeetta. Se on iso juttu, eikä sitä arvostettu ennen Kepleriä, Keplerin entinen projektitieteilijä Nick Gautier sanoi. lausunto vapautettiin, kun kaukoputki jäi eläkkeelle.

NASA julkaisi Keplerin ja K2: n ensimmäisten seitsemän vuoden aikana kaksi tusinaa lehdistötiedotetta julkistaa äskettäin löydetyt eksoplaneetat, usein suurina erinä.

Kesäkuussa 2017 julkaistiin viimeiset tiedot Keplerin ensisijaisesta tehtävästä. Keplerin vahvistamat planeettojen löydöt nostettiin 2335: een. Potentiaaliset planeetat mukaan lukien, kokonaismäärä oli 4 034.

Aiheeseen liittyviä: NASAn Kepler -avaruusteleskooppi löytää satoja uusia eksoplaneettoja, mikä lisää yhteensä 4034

K2 -tehtävä päättyi niin kauan kuin ensisijainen tehtävä, ja toi Keplerin tutkittujen tähtien kokonaismäärän jopa yli 500 000: een NASAn lehdistötiedote .

Toinen merkittävä saavutus oli löytää planeetan järjestelmien moninaisuus. Planeettajärjestelmät voivat olla kompakteja järjestelyjä Mercuryn kiertoradan rajoissa. Ne voivat kiertää jopa kahden tähden ympäri, aivan kuten Tatooine Tähtien sota maailmankaikkeus. Ja jännittävä löytö niille, jotka etsivät elämää maan ulkopuolelta, kaukoputki paljasti, että pienet, kalliot planeetat, jotka ovat samanlaisia ​​kuin Maa, ovat yleisempiä kuin suuret kaasujättiläiset, kuten Jupiter.

Aiheeseen liittyviä: 'Alien megastructure' sulki pois joidenkin tähtien oudon himmennyksen

Taiteilija

Taiteilijan kuvaus pitkäikäisestä Kepler-avaruusteleskoopista ja joistakin planeetoista, jotka se löysi lähes vuosikymmenen aikana avaruudessa.(Kuva: NASA)

Muita kaukoputken löytämiä outoja maailmoja ovat Kepler-62e ja Kepler-62f-kaksi vesimaailmaa, joilla on todennäköisesti maailmanlaajuinen valtameri, toisin kuin Maalla, jolla on merkittävä osa kuivaa maata. Planeetat ovat noin 1200 valovuoden päässä Lyran tähdistössä ja ovat lähellä Maan kokoa.

Pitkän aikavälin Kepler-havainnot tähdestä KIC 8462852, joka tunnetaan myös nimellä 'Tabby's Star', paljastivat outon himmennyksen ja kirkkauden. Tähtitieteilijät yrittävät edelleen selvittää epätavallisten kirkkauden muutosten luonteen, joka on johtunut kaikesta komeeteista epätasaiseen pölyrenkaaseen ja jopa vieraaseen megarakenteeseen.

Aiheeseen liittyviä: NASAn planeettoja metsästävä Kepler selvittää Plejadien '' seitsemän sisaren '' mysteeriä

Keplerin suurta herkkyyttä tähtien muuttuvalle kirkkaudelle hyödynnettiin Pleiadit , tunnettu tähtijoukko, joka on vain 400 valovuoden päässä ja näkyy paljaalla silmällä. Keplerin havainnot seurasivat parhaiten niiden vaihtelua. Mukana oli myös teleskooppi uusia räjähtävien tähtien mittauksia ja ääniaaltoja tähtien sisällä .

Tehtävän loppu

Kepler lanseerattiin ja sen polttoainesäiliössä oli 12 kiloa hydratsiinia. Polttoaine käyttää voimanlähteitä, jotka auttavat korjaamaan ajelehtimista ja suorittamaan suuria liikkeitä, mukaan lukien uusien näkökenttien osoittaminen ja lähettimien suuntaaminen maapallolle tieteen datan alaslinkiksi ja komentojen vastaanottamiseksi. Koska Keplerin polttoainesäiliössä ei ole tarkkaa mittaria, insinöörit pystyivät arvioimaan vasta, kun polttoaine oli loppumassa.

Maaliskuussa 2018 NASA ilmoitti odottavansa avaruusaluksen polttoainesäiliön tyhjenevän seuraavien kuukausien aikana. Hieman yli seitsemän kuukautta myöhemmin, 30. lokakuuta, NASA vahvisti Keplerin kaasun loppuneen. Insinöörit lähettivät viimeisen 'hyvää yötä' -komennon ja virallisesti poistanut avaruusaluksen käytöstä 15. marraskuuta 2018 - sattumalta, Johannes Keplerin kuoleman 388. vuosipäivä.

Aiheeseen liittyviä: NASAn planeettoja metsästävä Kepler-avaruusteleskooppi on tehty. Mitä sille tapahtuu?

Vaikka se on passiivinen, Kepler jatkaa maapalloa kiertävällä kiertoradallaan auringon ympäri ja kulkee Maan naapuruston läpi (turvallisella etäisyydellä) vuonna 2060 ja uudelleen vuonna 2117.

Keplerin roolin johtavana eksoplaneettoja metsästävässä avaruusteleskoopissa otti haltuunsa Transit Exoplanet Survey Satellite (TESS), joka käynnistettiin 18. huhtikuuta 2018 ja päättyi päätehtävässään 11. elokuuta 2020 ennen laajennetun operaatiovaiheen aloittamista. Vaikka Keplerin tehtävä oli pääasiassa tilastollinen-selvittääkseen, olivatko maapallon kokoiset eksoplaneetat yleisiä-TESS on suunniteltu tunnistamaan erityisiä eksoplaneettoja, joita olisi tutkittava tarkemmin.

Lisäresurssit:

Tämän artikkelin päivitti 26. tammikuuta 2021 guesswhozoo.com -avustaja Steve Fentress