Кеплер (телескоп)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Космический телескоп «Кеплер»
Kepler Space Telescope.png
Организация:

Соединённые Штаты Америки НАСА

Волновой диапазон:

400—865 нм[1]

NSSDC ID:

2009-011A

Местонахождение:

в космосе

Тип орбиты:

гелиоцентрическая

Высота орбиты:

1 а. е.

Период обращения:

372,5 дней

Дата запуска:

7 марта 2009 года 03:49:57 UTC[2]

Место запуска:

Флорида База ВВС на мысе Канаверал[3]

Средство вывода на орбиту:

Delta II (7925-10L)

Масса:

1039 кг

Диаметр:

0,95 м

Площадь собирающей
поверхности:

0,708 м²[4]

Научные инструменты
Сайт:

kepler.nasa.gov

«Кеплер» — астрономический спутник НАСА, оснащённый сверхчувствительным фотометром, специально предназначенный для поиска экзопланет (планет вне Солнечной системы — у других звёзд), подобных Земле[5]. Это первый космический аппарат, созданный с такой целью. Он назван в честь немецкого математика и астронома, открывшего законы движения планет.

Обсерватория могла одновременно наблюдать более чем 100 000 звёзд, при этом основная программа была рассчитана на 3,5 года. Хотя после выхода из строя маховиков точная ориентация аппарата стала невозможна, анализ данных будет продолжаться ещё несколько лет. Наличие планеты у звезды определяется по периодическим изменениям яркости последней, вызываемым транзитами — прохождениями планеты перед звездой.

Запуск состоялся 6 марта 2009 года в 22:49 по времени Восточного побережья США (7 марта в 06:49 по московскому времени). Строительством и начальной операцией управляла «Лаборатория реактивного движения» НАСА, а первичный подрядчик, «Ball Aerospace», был ответственным за разработку систем полёта «Кеплера». С декабря 2009 года ответственность за управление миссией легла на Исследовательский центр Эймса, который также производит основной анализ научных данных от телескопа.

12 мая 2013 года телескоп «Кеплер» вышел из строя[6][7]. Орбитальная обсерватория потеряла ориентацию в пространстве, бортовой компьютер перешел в «безопасный режим»[8].

За три года работы телескопом «Кеплер» были сделаны важные и даже сенсационные открытия, например, были обнаружены планеты размером с Землю и меньше. К началу 2014 года им было открыто более 3500 кандидатов в планеты, из которых 246 оказались подтверждены различными научными группами исследователей[9].

Технические характеристики аппарата[править | править вики-текст]

Габариты аппарата — диаметр около 2,7 м и длина около 4,7 м.

Масса: общая — 1052,4 кг, фотометр — 478 кг, космический аппарат — 562,7 кг, 11,7 кг — масса гидразинового топлива.

Питание обеспечивается четырьмя солнечными батареями общей площадью 10,2 м2, расположенными в разных плоскостях. Состоящие из 2860 элементов батареи обеспечивают мощность 1100 Вт. Накопление электроэнергии обеспечивается литий-ионным аккумулятором ёмкостью 20 А×час.

Электронная память имеет ёмкость для накопления данных и рассчитана на сбор данных в течение 60 дней. Данные на обработку транслируются пакетами раз в 30 дней.

Фотометр[править | править вики-текст]

ПЗС-матрица «Кеплера» изогнута, чтобы компенсировать кривизну поля изображения.

Фотометр состоит из 42 ПЗС-матриц с общим разрешением в 95 мегапикселей для проведения исследований и четырёх дополнительных ПЗС-матриц, размещённых в углах массива для обеспечения точного управления. Для сравнения, самая большая астрономическая матрица, используемая на Земле, содержит 10 мегапикселей. Каждая из 42 CCD-матриц имеет размеры 5×2,5 см и разрешение 2200×1024 пикселей. 12 января 2010 года вышел из строя один модуль, состоящий из двух фоточувствительных матриц фотометра.

Данные с матрицы снимаются каждые 6 секунд, достигают предела насыщения и суммируются в бортовом компьютере в течение 30 секунд для каждого пикселя. Каждое из 42 матричных устройств имеет по 2 выхода для данных, то есть всего шина данных имеет 84 выхода.

Полоса пропускания приёмника составляет 430—890 нм. Для наблюдения доступны звёзды до 16-й звёздной величины.

Телескоп системы Шмидта. Апертура 0,95 метра (при этом первичное зеркало телескопа имеет диаметр 1,4 метра). Поле зрения — 115 квадратных градусов.

Температурный режим работы[править | править вики-текст]

Корректор Шмидта, метровая слегка несферическая линза спереди телескопа, имеет температуру −30 градусов Цельсия, в то время как главное зеркало сзади −11°C. ПЗС матрица в фокальной плоскости должна работать при температуре −85°C для уменьшения детекторных шумов. С закрытой противопылевой крышкой (во время калибровки) большинство компонентов телескопа слегка теплее. Столь высокие температуры не требуют охлаждения сжиженным газом, срок работы ограничивается надёжностью техники.

Цель[править | править вики-текст]

Научная цель телескопа «Кеплер» состоит в том, чтобы исследовать структуру и разнообразие планетарных систем. Для этого, рассматривая множество звёзд, необходимо достичь нескольких целей:

  • Определить, сколько планет, подобных Земле, и больших планет находятся возле пригодной для жизни зоны (для всех спектральных типов звёзд).
  • Вычислить диапазон размеров и форм орбит этих планет.
  • Оценить количество планет, находящихся в мультизвёздных системах.
  • Определить диапазон размеров орбиты, яркости, диаметра, массы и плотности короткопериодических планет-гигантов.
  • Обнаружить дополнительных членов в каждой найденной планетарной системе, используя другие методики.
  • Изучить свойства тех звёзд, у которых обнаружены планетарные системы.
  • Предполагалось, что в ближайшие 2 года «Кеплер» обнаружит примерно 50 планет похожих на Землю по своему химическому составу.

«Кеплер» совершенно не похож на «Хаббл». Запущенный на низкую околоземную орбиту «Хаббл» неоднократно ремонтировали, и по команде из центра «Хаббл» можно поворачивать в любую сторону. «Кеплер» вращается вокруг Солнца и нацелен на определённый участок неба — вдоль касательной к нашему рукаву галактики, по направлению к её центру. Телескоп непрерывно отслеживает этот участок, находя экзопланеты по изменениям интенсивности звезды.

Ход миссии[править | править вики-текст]

Запуск РН Дельта-2 с КА Кеплер 7 марта 2009 года.
Первый снимок телескопа.
Фотометрия экзопланеты Kepler-6 b по данным телескопа Кеплер

Обсерватория запущена с космодрома на мысе Канаверал 6 марта 2009 года в 22:49 по времени Восточного побережья США (7 марта в 06:49 по московскому времени). На орбиту аппарат вывела ракета-носитель Дельта-2.

Дважды, в январе и марте 2006 года, запуск откладывался из-за финансовых проблем. Общая стоимость миссии составила приблизительно 467 миллионов долларов.

8 апреля 2009 года аппарат передал первый снимок, сделанный неоткалиброванной камерой фотометра. На нём находится около 4,5 миллионов звёзд созвездий Лебедя и Лиры. Несмотря на нечёткое изображение, на фотографии хорошо видны звезда TrES-2 (она имеет, как минимум, одну планету) и рассеянное скопление NGC 6791. До окончания калибровки «Кеплер» также обнаружил атмосферу у планеты — газового гиганта, демонстрируя, таким образом, великолепный потенциал новой обсерватории[10].

Британские учёные установили, что орбитальный телескоп «Кеплер» способен обнаруживать не только удалённые экзопланеты, но и их спутники. Расчёты показывают, что «Кеплер» теоретически может обнаруживать спутники экзопланет, с массами превосходящими 0,2 земных[11].

4 января 2010 года было объявлено об открытии первых 5 планет (Kepler Kepler-4 b, Kepler-5 b, Kepler-6 b, Kepler-7 b и Kepler-8 b). Все эти планеты являются «горячими Юпитерами» с периодом обращения от 3,3 до 4,9 дней[12].

9 января 2010 года вышли из строя 2 из 42 фоточувствительных модулей фотометра. Поле обзора «Кеплера», начиная с этого момента, уменьшилось примерно на пять процентов[13].

15 июня 2010 года были опубликованы результаты обработки данных, собранные телескопом за первые 43 дня наблюдений. «Кеплер» непрерывно наблюдал небосвод в течение этого времени и обнаружил 706 потенциальных планет, размер которых колеблется от размера Земли до размера, слегка превышающего Юпитер. Учёные представили данные о 306 самых «неинтересных» кандидатах — тех, которые с наименьшей вероятностью могут быть обитаемыми. Сведения об оставшихся 400 кандидатах, в число которых входят похожие на Землю планеты, исследователи запланировали перепроверить и опубликовать в феврале 2011 года[14].

11 января 2011 года учёные сообщили об обнаружении рекордно малой известной экзопланеты — Kepler-10 b, радиус которой лишь в 1,42 раза больше, чем у Земли[15][16].

2 февраля 2011 опубликованы данные результатов наблюдений с 13 мая по 16 сентября 2009 года. В них сообщается о 1235 кандидатах в планеты. Из них 68 примерно размером с Землю; 288 суперземель; 662 размером с Нептун; 165 размером с Юпитер и 19 больше чем Юпитер. 54 планет кандидатов находится в обитаемой зоне, пять из которых по размерам близки к Земле[17].

23 сентября 2011 года опубликованы данные результатов наблюдений с 18 сентября по 16 декабря 2009 года.

В начале декабря 2011 года было объявлено об обнаружении первой, открытой «Кеплером», суперземли в обитаемой зоне (Kepler-22 b) и чуть позже об обнаружении планеты с радиусом меньше, чем у Земли (Kepler-20 e)[18][19].

В январе 2012 года объявлено об обнаружении трёх миниземель у звезды KOI-961, одна из которых размером с Марс.

4 апреля 2012 года было объявлено о продлении миссии телескопа по меньшей мере до 2016 года.

16 июля 2012 года произошла поломка одного из четырёх двигателей-маховиков гиростабилизированной платформы[20].

Ноябрь 2012 — Кеплер завершил основную часть своей миссии, но продолжит работу ещё в течение четырёх лет[21].

7 января 2013 года на 221 съезде Американского астрономического общества были представлены результаты наблюдений с мая 2009 года по март 2011 года, число кандидатов доведено до 2740. Относительно данных, представленных в 2012 году, наблюдается преимущественный рост числа кандидатов величиной менее двух размеров Земли[22].

12 мая 2013 года произошла поломка двигателя-маховика № 4 гиростабилизированной платформы по ещё неизвестной причине. Ориентировка аппарата стала нестабильной и для вращения Кеплера будут использоваться двигатели ориентации, топлива для которых, как рассчитывают в NASA, хватит ещё на несколько месяцев[23].

16 мая 2013 появились сообщения в прессе об окончательном выходе из строя телескопа «Кеплер».[24] До «Кеплера», находящегося на гелиоцентрической орбите, добраться невозможно, да и запуск «Кеплера» обошёлся дешевле, чем запуск «шаттлов».

В начале ноября появилась информация о продолжении миссии Кеплера. Учёные планируют использовать только функционирующее на сегодня оборудование. Миссия "К2" подразумевает под собой наблюдение за относительно близко расположенными звёздами и их планетарными системами, что не требует такой точной стабилизации положения.[источник не указан 283 дня]

Текущие результаты миссии[править | править вики-текст]

На январь 2013 года подтверждено более 100 планет из числа кандидатов, открытых телескопом. Среди 2740 кандидатов 351 имеют размеры, сравнимые с земным (меньше, чем 1,25 размера Земли), 816 имеют размер от 1,25 до 2 размеров Земли, 1290 — от 2 до 6 размеров Земли, 202 — от 6 до 15 размеров Земли, и 81 имеют размер больше 15 размеров Земли. 1171 кандидат (или примерно 43 % от общего числа) входят в состав мультитранзитных систем[22]. Кроме этих кандидатов в планеты, открытых группой учёных Кеплера, ещё 42 кандидата были открыты волонтёрами проекта «Planets Hunters»[25].

Подтверждённые планеты, открытые «Кеплером»[править | править вики-текст]

Системы с единственным горячим гигантом, открытые «Кеплером»:

Многопланетные системы, открытые «Кеплером»:

  • Kepler-9 — первая многопланетная система, открытая методом транзитов;
  • Kepler-10 — система из двух суперземель, одна из которых — первая железная экзопланета;
  • Kepler-11 — звезда с, как минимум, шестью транзитными планетами;
  • Kepler-18 — трёхпланетная система, включающая одну горячую суперземлю и два нептуна с соотношением периодов 2:1;
  • Kepler-19 — система с одной транзитной суперземлёй и возмущающей её орбиту внешней нетранзитной планеты, масса которой меньше 6 масс Юпитера;
  • Kepler-20 — звезда как минимум с 5 экзопланетами, размеры одной из них 0,87 радиуса Земли, другой — 1,03;
  • Kepler-23, Kepler-24, Kepler-25, Kepler-26, Kepler-27, Kepler-28, Kepler-29, Kepler-31 — двухпланетные, Kepler-30 — трёхпланетная, и Kepler-33 — пятипланетная системы, об открытии которых было объявлено 26 января 2012 года;
  • Kepler-32 (KOI-952) — система красного карлика с пятью транзитными планетами, включающая по размеру сопоставимую с Землёй, суперземлю и три нептуна[26];
  • Kepler-36 — жёлтый субгигант с системой из двух транзитных планет, обращающихся на чрезвычайно тесных орбитах друг к другу: Kepler-36 b — суперземля, имеющая диаметр в 1,49 раз больше земного, и состоящая преимущественно из каменных пород, Kepler-36 c — мининептун, по размеру в 3,68 раз больше Земли;
  • Kepler-37 (KOI-245) — система, содержащая наименьшую из всех известных экзопланет: радиус Kepler-37 b составляет 0,303 земного, то есть лишь ненамного превышает радиус Луны[27];
  • Kepler-42 (она же KOI-961) — тусклый красный карлик с тремя планетами, наименьшая из которых размером с Марс;
  • Kepler-46 (KOI-872) — система из двух сатурнов (в резонансе 3:5, внешний — нетранзитный) и горячей суперземли;
  • Kepler-48, Kepler-49, Kepler-50[28], Kepler-51, Kepler-52, Kepler-53, Kepler-54, Kepler-55, Kepler-56, Kepler-57, Kepler-58, Kepler-59 — системы с двумя подтверждёнными планетами, Kepler-60 — система с тремя подтверждёнными планетами;
  • Kepler-65 (KOI-85)[28], Kepler-68 (KOI-246)[29] — системы с тремя подтверждёнными планетами;
  • Kepler-70 (KOI-55) — субкарлик с двумя (возможно, тремя) сверхгорячими нетранзитными экзопланетами;

Планеты в системах тесных двойных звёзд, открытые «Кеплером»:

  • Kepler-16 b, Kepler-34 b, Kepler-35 b, Kepler-38 b — экзопланеты, вращающиеся вокруг сразу двух звёзд;
  • Kepler-47 — система двойной затменной звезды, у которой впервые открыты две транзитные планеты, одна из которых находится в зоне обитаемости;
  • Kepler-64 (PH1, KIC 4862625) — иерархическая четырёхкратная звёздная система, вокруг одной из пар которой вращается планета, которая была найдена волонтёрами проекта «Planets Hunters» в научных данных «Кеплера», по размеру планета в 6,18 раз больше Земли;

Планеты в зоне обитаемости, обнаруженные «Кеплером»:

  • Kepler-22 b — первая обнаруженная телескопом суперземля в обитаемой зоне[30];
  • Kepler-61 — система тусклого оранжевого карлика, в обитаемой зоне которого вращается планета размером в 2,15 раз больше Земли[31];
  • Kepler-62 — система оранжевого карлика, включающая пять планет, две из которых обращаются в обитаемой зоне и имеют размер суперземли[32];
  • Kepler-69 — система жёлтого карлика с двумя известными планетами, одна из которых вращается во внутреннем крае зоны обитаемости[33];
  • PH2 (KIC 12735740) — система похожей на Солнце звезды, в обитаемой зоне которой вращается планета размером с Юпитер: если у неё существуют естественные спутники размером с Землю, то на них возможна жидкая вода; планета была открыта волонтёрами проекта «Planets Hunters» и подтверждена учёными-астрофизиками[25].

Другие системы, обнаруженные «Кеплером»:

  • Kepler-21 b — горячая суперземля у F-субгиганта[34];

Подтверждённые планеты из списков KOI и KIC:

  • KOI-94 — система с четырьмя планетами, в которой впервые наблюдался планет-планетный транзит, подтверждена японскими астрономами с помощью телескопа «Субару»[35];
  • KOI-152 — субгигант класса F c тремя нептунами в резонансе Лапласа, два внутренних — подтверждены[36];
  • KOI-156 — система оранжевого карлика, включающая две суперземли и один нептун[37];
  • KOI-202 b, KOI-206 b, KOI-410 b, KOI-680 b[38] — горячие гиганты;
  • KOI-205 b — коричневый карлик, вращающийся вокруг K-звезды[39];
  • KOI-500, KOI-869, KOI-877, KOI-880, KOI-898, KOI-1589 — системы с двумя подтверждёнными планетами[36];
  • KOI-730 — система с четырьмя планетами — суперземлями или нептунами, обращающимися на орбитах с взаимными резонансами 8:6:4:3;
  • KOI-1215 — система жёлтого субгиганта с двумя изветными планетами — нептунами, находящимися во взаимном орбитальном резонансе 2:1[37];

Объекты, обнаруженные «Кеплером», имеющие непланетную природу:

  • KOI-74 b — транзитный белый карлик с массой 0,252 массы Солнца, обращающийся с периодом 5,19 суток вокруг A1V звезды;
  • KOI-256 — система тесной затменной двойной звезды, состоящая из белого карлика, вращающегося вокруг красного карлика за 1,38 суток[41].

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Kepler Mission: Photometer and Spacecraft (англ.) (Проверено 23 января 2012)
  2. Aarhus University Staff. KASC Scientific Webpage. Kepler Asteroseismic Science Consortium (14 March 2009). Проверено 14 марта 2009. Архивировано из первоисточника 20 ноября 2012.
  3. NASA’s Shuttle and Rocket Missions (англ.) (Проверено 23 января 2012)
  4. Spacecraft and Instrument (англ.) (Проверено 23 января 2012)
  5. Kepler Mission. NASA (March 2009). Проверено 14 марта 2009. Архивировано из первоисточника 20 ноября 2012.
  6. Kepler Mission Manager Update (англ.). NASA (15 May 2013). Проверено 27 мая 2013. Архивировано из первоисточника 27 мая 2013.
  7. Телескоп «Кеплер» вышел из строя (рус.). Lenta.ru (16 мая 2013). Проверено 27 мая 2013. Архивировано из первоисточника 27 мая 2013.
  8. Александр Ершов. Перешел в бесполезный режим (рус.). Lenta.ru (16 мая 2013). Проверено 27 мая 2013. Архивировано из первоисточника 27 мая 2013.
  9. Kepler (англ.). НАСА. Проверено 27 мая 2013. Архивировано из первоисточника 17 декабря 2012.
  10. Астронет > Удачное начало работы телескопа Кеплер
  11. «Кеплер» сможет искать спутники у экзопланет. Lenta.ru (4 сентября 2009). Проверено 13 августа 2010. Архивировано из первоисточника 21 марта 2012.
  12. Kepler: The First Five (англ.) (Проверено 23 января 2012)
  13. Announcement of five planets discovered (англ.) (Проверено 23 января 2012)
  14. NASA — NASA Releases Kepler Data on Potential Extrasolar Planets (англ.) (Проверено 23 января 2012)
  15. Телескоп «Кеплер» открыл рекордно малую «суперземлю» (Проверено 23 января 2012)
  16. Телескоп «Кеплер» обнаружил экзопланету чрезвычайно малых размеров (Проверено 23 января 2012)
  17. Kepler: NASA Announces 1,235 Planet Candidates, Some in Habitable Zone, and a 6-Planet System (англ.) (Проверено 23 января 2012)
  18. Впервые найдена планета в зоне обитаемости вокруг другого Солнца (Проверено 23 января 2012)
  19. Астрофизики подтвердили обнаружение миниземли (Проверено 23 января 2012)
  20. Сколько ещё проработает «Кеплер»?
  21. Журнал Новости Космонавтики — «Кеплер» завершил основную миссию, но будет работать ещё четыре года
  22. 1 2 NASA’s Kepler Mission Discovers 461 New Planet Candidates
  23. The Kepler Team. Kepler Mission Manager Update (англ.). NASA (15 May 2013). Проверено 16 мая 2013. Архивировано из первоисточника 21 мая 2013.
  24. Перешёл в бесполезный режим
  25. 1 2 Planet Hunters. V. A Confirmed Jupiter-Size Planet in the Habitable Zone and 42 Planet Candidates from the Kepler Archive Data
  26. Characterizing the Cool KOIs IV: Kepler-32 as a prototype for the formation of compact planetary systems throughout the Galaxy, http://arxiv.org/.
  27. Discovery: Kepler-37b, a planet only slightly larger than the Moon, http://kepler.nasa.gov/.
  28. 1 2 Asteroseismic determination of obliquities of the exoplanet systems Kepler-50 and Kepler-65, http://arxiv.org/.
  29. Kepler-68: Three Planets, One With a Density Between That of Earth and Ice Giants, http://arxiv.org/.
  30. Kepler-22b: A 2.4 Earth-radius Planet in the Habitable Zone of a Sun-like Star, http://arxiv.org/.
  31. Exoplanet Characterization by Proxy: a Transiting 2.15 R_Earth Planet Near the Habitable Zone of the Late K dwarf Kepler-61, http://arxiv.org/.
  32. Kepler-62: A five-planet system with planets of 1.4 and 1.6 Earth radii in the Habitable Zone, http://arxiv.org/.
  33. A super-Earth-sized planet orbiting in or near the habitable zone around Sun-like star, http://arxiv.org/.
  34. Kepler-21b: A 1.6REarth Planet Transiting the Bright Oscillating F Subgiant Star HD 179070, http://arxiv.org/.
  35. Planet-Planet Eclipse and the Rossiter-McLaughlin Effect of a Multiple Transiting System: Joint Analysis of the Subaru Spectroscopy and the Kepler Photometry, http://arxiv.org/.
  36. 1 2 Transit Timing Variation of Near-Resonant KOI Pairs: Confirmation of 12 Multiple Planet Systems, http://arxiv.org/.
  37. 1 2 Density and Eccentricity of Kepler Planets, http://arxiv.org/.
  38. SOPHIE velocimetry of Kepler transit candidates VII. A false-positive rate of 35 % for Kepler close-in giant exoplanet candidates, http://arxiv.org/.
  39. SOPHIE velocimetry of Kepler transit candidates. VIII. KOI-205 b: a brown-dwarf companion to a K-type dwarf, http://arxiv.org/.
  40. Possible Disintegrating Short-Period Super-Mercury Orbiting KIC 12557548, http://arxiv.org/.
  41. Gravity-Bending Find Leads to Kepler Meeting Einstein, http://www.nasa.gov/.

Ссылки[править | править вики-текст]