Кеплер (орбітальний телескоп)

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Орбітальний телескоп «Кеплер»
Kepler Mission Space Photometer smaller.jpg

Компоненти орбітального телескопа «Кеплер»
Загальна інформація
NSSDC код 2009-011A
Організація NASA
Дата запуску 7 березня 2009, 03:49:57.465 UTC
Запущено з мису Канаверал
Засіб запуску Delta II (7925-10L)
Тривалість місії заплановано більш ніж на 3.5 років, на сьогодні 1994 діб
Маса 1039 кг
Тип орбіти навколосонячна
Висота орбіти близько 1 а.о. від Сонця
Орбітальний період 372.5 дні
Тип телескопа системи Шмідта
Довжина хвилі 400–865 нм
Інструменти
42 ПЗЗ матриці розміром 5см × 5 см кожна
Зовнішні посилання
Інтернет сторінка http://kepler.nasa.gov/

Орбітальний телескоп «Кеплер» (англ. Kepler) — космічний телескоп НАСА, призначений для пошуків екзопланет. Названий на честь Йоганна Кеплера (1571–1630), німецького філософа, математика, астронома, астролога і оптика.

Первинний підрядник — «Ball Aerospace». Телескоп був запущений 7 березня 2009 з космодрому на мисі Канаверал в штаті Флоріда.[1] На орбіту апарат вивела ракета-носій Delta II. Двічі, в січні 2006 і в березні 2006 запуск відкладався через фінансові проблеми. Місія коштуватиме приблизно 467 мільйонів доларів.

Опис місії[ред.ред. код]

Старт ракети «Дельта ІІ» з «Кеплером»

Місія «Кеплер» продовжиться три з половиною роки. Весь цей час він спостерігатиме близько 100 тисяч схожих на Сонце зірок, навколо яких можуть обертатися екзопланети. Апарат шукатиме планети, що розташовані поза Сонячною системою, за допомогою транзитного методу. Коли планета проходить диском своєї зірки, вона закриває від спостерігача частину її випромінювання. Аналізуючи коливання яскравості світил, астрономи можуть не тільки знаходити планети, але також приблизно оцінювати їхній розмір.

«Кеплер» обертатиметься навколо Сонця орбітою з радіусом близько однієї астрономічної одиниці. Фактично, «Кеплер» повторюватиме шлях нашої планети, що обертається навколо Сонця. Таке розташування дозволяє телескопу постійно стежити за одними і тими ж зірками. Телескоп "Хаббл", наприклад, позбавлений цієї переваги.

На момент запуску астрономами було виявлено близько 350 екзопланет. Більшість з них є газовими гігантами на зразок Юпітера. На таких планетах не можуть розвиватися організми земного типу, а саме населеність екзопланет найбільше цікавить учених. «Кеплер» зможе знаходити планети меншого розміру, придатніші для життя.

8 квітня 2009 року інженери NASA дали команду на подачу струму через спеціальний плавкий дріт, який зруйнувався і звільнив еліптичну кришку, призначену для захисту об'єктиву від пилу[2]. Вона плавно відокремилася і Кеплер почав спостереження ділянки Чумацького шляху. Ця операція була критичною для успіху і мала пройти без збоїв — Кеплер знаходиться настільки далеко від Землі, що туди не літають астронавти. Виправити помилку можливості не було б.

В квітні ж Кеплер зробив перші знімки.[3]

Космічний апарат[ред.ред. код]

Компоненти телескопа Кеплер

Космічний апарат має телескоп системи Шмідта, пристосований для пошуку далеких планет з космосу. Через коригувальну «лінзу» особливого профілю діаметром 95 см світло падає на головне дзеркало телескопа, розмір якого — вже 1,3 метра. Відбите від дзеркала світло збирається в головному фокусі, де розташована мозаїка з 21 пари спеціально створених астрономічних ПЗЗ-матриць, здатних зафіксувати майже кожен падаючий на них фотон (ефективність людського ока — в десятки разів менша). Вся мозаїка має розмір приблизно 30 см на 30 см і складається з 95 мегапікселів. Це найбільша ПЗЗ-матриця з усіх, що коли-небудь запускалися в космос.

Велике дзеркало і спеціальна матриця необхідні для високої точності вимірювань блиску. Фотони на матрицю падають нерегулярно, й існують нерегулярні і незламні (так звані пуассонові) флуктуації їхньої кількості. Вони пропорційні квадратному кореню з числа фотонів, і якщо потрібно виміряти блиск з точністю 10% (1:10), потрібно не менше 100 фотонів, з точністю 1% (1:100) — не менше 10 000 фотонів, а з точністю 0,002%, якої має досягти Кеплер, (1:50 000) — не менше 2,5 мільярдів квантів від кожної зірки. Навіть з метровим дзеркалом телескопа доведеться накопичувати фотони по півгодини на кожну експозицію.

У своїх пошуках «Кеплер» покладатиметься на другий за ефективністю метод пошуку позасонячних планет — метод транзитів. Коли якесь непрозоре тіло проходить перед диском зірки, її блиск ледве помітно змінюється. Щоб тінь на нас впала, орбіта планети повинна бути нахилена під дуже невеликим кутом до променя зору. Такі шанси невеликі — наприклад, земну тінь можна розгледіти лише приблизно з кожної сотої зірки в околицях Сонця (ці зірки мають лежати у вузькій смузі шириною приблизно півградуса навколо екліптики). Тому «Кеплер» має спостерігати відразу дуже багато зірок. Астрономи вирішили обмежитися сотнею тисяч.

Крім того, падати на нас будуть навіть не тіні, а півтіні: планети надто малі, щоб повністю закрити своїм тілом диск далекого світила. Наприклад, Земля, проходячи диском Сонця, закриває для далекого спостерігача лише 0,008% його поверхні, і приблизно на стільки ж падає його блиск. А значить, вимірювати блиск треба з величезною точністю — в тисячні частки відсотка. Це вимагає точної і стабільної фотометрії (вимірювань блиску) — і «Кеплер» зможе вимірювати зміни блиску зірок з точністю від 0,002% для найяскравіших до 0,008% для найслабших. Нарешті, проходження тіні потрібно не прогавити — для стороннього спостерігача проходження Землі диском Сонця триває не більше 10 годин, а повторюється воно лише один раз на рік. Крім того, періоди далеких планет ми не знаємо, і коли вони пройдуть перед диском знову, наперед нікому невідомо. Тому «Кеплер» має безперервно дивитися на небо. Телескоп з діаметром дзеркала трохи менше одного метра робить виміри кожні 10 хвилин, аналізуючи дані про зірки, що перебувають на відстані до трьох тисяч світлових років від Землі.

ділянка Чумацького шляху, за якою спостерігатиме «Кеплер»

Цим він і займеться, щойно вийде на орбіту і відладить всю свою апаратуру: протягом трьох з половиною років (а якщо програма буде продовжена, то і довше), телескоп спостерігатиме одну і ту ж область неба розміром приблизно 100 квадратних градусів на межі сузір'їв Лебедя і Ліри поблизу площини нашої Галактики. Переривати свою вахту космічний апарат буде лише на декілька годин раз на три місяці, щоб переорієнтувати антену на Землю. Скидати накопичену інформацію на Землю прилад буде приблизно раз на місяць.

Орбіта Землі і Кеплера, вирівнювання в точках сонцестояння і рівнодення

Заради безперервності і стабільності спостережень телескоп виведено на не зовсім звичайну орбіту. «Кеплер» перебуватиме за декілька мільйонів кілометрів поблизу Землі на трохи витягнутішій, ніж земна, орбіті, поволі віддаляючись від нашої планети (приблизно на 40 тисяч кілометрів за добу). Він постійно перебуватиме у сонячних променях, і його нагрів — а значить, і шуми апаратури — не змінюватимуться внаслідок переходу у земну тінь та назад.

Крім того, щоб виключити можливі коливання чутливості телескопа (наприклад, через повільну деградацію оптики — від мікрометеоритів — або камери — від космічних променів), блиск щоразу обчислюватиметься відносно сусідніх зірок і попередніх кадрів. Це так звана подвійна (у просторі і в часі) диференціальна фотометрія.

На 95 мегапікселях розміститься 100 тисяч зірок, навколо яких телескоп шукатиме планети. Вони розташовані на відстанях від 600 до 3000 світлових років від нас у Рукаві Оріона нашої Галактики (Рукав Оріона ми бачимо і в сузір'ї Лебедя). 170 тисяч кандидатів на спостереження вже відібрано. Протягом року телескоп стежитиме за кожним із них, а потім концентруватиметься на 100 тисячах, що показують найменші «випадкові» коливання блиску (вони можуть виникати за рахунок плям, спалахів і тремтінь поверхні — загалом, активності самого світила).

Це будуть зірки трьох спектральних класів — жовті зірки класу G, схожі на наше Сонце, білі зірки класу A, які яскравіші і гарячіші за наше світило, та червоні карлики класу M, тьмяніші за Сонце. Залежно від яскравості світила, зона рідкої води знаходиться на різних відстанях від зірки — вона ближче для тьмяних зірок і далі для яскравих.

Тривалість основної місії «Кеплера» — 3,5 роки, а для впевненого виявлення планети вчені мають спостерігати не менше 3 проходжень кандидата диском світила. Тому, якщо планети є навколо більшості зірок, буде знайдено більше планет в зоні рідкої води біля червоних та жовтих зірок, а планетам, що знаходяться на орбітах у (ширшій) зоні рідкої води навколо зірок класу A, може і не вистачити часу на три повних оберти. Вчені вважають, що вже в перші півроку знайдуть немало «гарячих юпітерів», періоди яких можуть складати лише кілька діб — за сучасними оцінками, вони обертаються навколо кожної десятої зірки, а може, і частіше. Чотири таких планети вже відомі — їх було виявлено з Землі, і їхнє «перевідкриття» «Кеплером» стане непоганим тестом його можливостей.

Планет, схожих на Землю, доведеться чекати щонайменше два роки, а швидше за все — і всі три. Раніше вони просто не встигнуть зробити необхідні три оберти. Крім того, вчені збираються не публікувати дані про нові планети, поки не підтвердять їхні параметри спостереженнями на великих телескопах із Землі. Це може ще дещо затримати оприлюднення даних щодо нових планет.

Скільки таких планет знайдеться — ніхто сказати поки не може. Якщо у всіх, схожих на Сонце зірок, є схожі на Землю планети на таких же відстанях, як Земля, ми зможемо побачити кілька сотень землеподібних планет — тих, які відкидають тінь у наш бік. Але це максимальне значення. Учасники проекту розраховують, скоріше, на декілька десятків.

Мета[ред.ред. код]

Наукова мета телескопа Кеплер полягає в тому, щоб досліджувати структуру і різноманітність планетарних систем. Для цього, розглядаючи багато зірок, необхідно досягти декількох цілей:

  • Визначити скільки планет, подібних до Землі, і великих планет знаходиться біля придатної для життя зони зірок всіх спектральних типів.
  • Обчислити діапазон розмірів і форм орбіт цих планет.
  • Оцінити кількість планет, що знаходяться в системах кратних зір.
  • Визначити діапазон розмірів орбіти, яскравості, діаметру, маси і густини короткоперіодичних планет-гігантів.
  • Виявити додаткових членів в кожної виявленої планетарної системи, використовуючи інші методики.
  • Вивчити властивості тих зір, в яких виявлені планетарні системи.

Хід місії[ред.ред. код]

Пошук екзопланет[ред.ред. код]

На початку 2010 року на конференції Американського астрономічного товариства було оголошено[4] про відкриття телескопом «Кеплер» перших п'яти екзопланет. Найменша зі знайдених планет за своїми розмірами порівняна з Нептуном, чотири інші більші Юпітера. Жодна з них не належить до планет земного типу, пошук яких є головним завданням «Кеплера». Всі п'ять планет обертаються на дуже близьких до зірок орбітах і здійснюють один оберт за три-п'ять днів. Температура їхньої поверхні перевищує температуру розпеченої лави.

Повідомляючи про результати роботи телескопа, представник NASA також повідомив про виявлення невідомого об'єкта, що обертається навколо зірки, проте не є ані планетою, ані білим карликом. Цей об'єкт гарячіший за саму зірку і за своїми розмірами перевищує білі карлики.

На початок лютого 2011 року «Кеплер» знайшов 1235 позасонячних планет. Розмір 68 з них можна порівняти з розміром Землі, а 288 відносяться до класу так званих Суперземель (тобто вони більше нашої планети, але істотно менше газових гігантів Сонячної системи). Ще 662 планети за діаметром порівнянні Нептуном, 165 — з Юпітером, а 19 зі знайдених небесних тіл більше цього газового гіганта. У так званій зоні населеності своїх зірок розташовуються 54 з виявлених «Кеплером» планет. Розмір п'яти планет із жилої зони можна порівняти з розміром Землі. Ще одна цікава знахідка телескопа — схожа на Сонце зірка Kepler-11, навколо якої обертається шість планет. Це найбільша з відомих планетних систем. [1], [2], [3]. 5 грудня 2011 року було оголошено про відкриття планети Kepler-22b. Це перша підтверджена екзопланета.

Плани на продовження роботи до 2016[ред.ред. код]

Космічний телескоп «Кеплер» у листопаді 2012 завершив основну частину своєї місії, але продовжить роботу ще протягом чотирьох років.

За три з половиною роки роботи космічного телескопа вченим вдалося виявити більше двох тисяч об'єктів-кандидатів на звання екзопланет. До листопада 2012 року кількість підтверджених екзопланет, знайдених з його допомогою, становило 105 штук.[5] Серед них виявилися як газові гіганти, що обертаються поблизу від своїх зірок — гарячі юпітери, так і планети, котрі лише трохи перевищують за розмірами нашу — суперземлі. Також були виявлені зірки з декількома планетами.

Спочатку було заплановано, що робота космічного телескопу Кеплер триватиме лише до листопада 2012. Проте, послуговуючись порадою провідних астрономів світу та приймаючи до уваги величезний вклад телескопу в області відкриття нових екзопланет, НАСА вирішило продовжити роботу телескопу до 2016 року.[6] Справа в тому, щоб впевнитись в існуванні навколо зорі екзопланети, слід відстежити кілька раз транзит екзопланети, що вимагає довшого періоду безперервних спостережень, які може проводити телескоп Кеплер. Рішення про продовження місії було прийнято ще у квітні 2012 року. Як зазначено в прес-релізі NASA, в наступні чотири роки пошук зосередиться переважно на планетах, подібних до Землі.

Технічні негаразди[ред.ред. код]

На початку травня 2013 року на телескопі відмовив один з чотирьох двигунів-маховиків, які допомагали апарату бути нерухомим відносно тієї ділянки неба, за якою ведеться спостереження і він був переведений до безпечного режиму. Це другий двигун-маховик, що зламався (перший вийшов з ладу 16 липня 2012 року), і був по-суті, запасним. Відтепер, щоб зберегти нерухомий стан можна задіяти звичайні двигуни, але палива для цього вистачить лише на декілька місяців, після чого використання апарату припиниться.

Поломка телескопу може надовго затримати вивчення астрономами екзопланет. Наступник «Кеплеру», телескоп «Джеймс Вебб» планується вивести на орбіту лише в 2018 році, але через фінансові негаразди в НАСА і США загалом, початок експлуатації проекту, вартість якого постійно зростає може затягнутися значно на довше.[7]

Виноски[ред.ред. код]

Посилання[ред.ред. код]

Див. також[ред.ред. код]