Космический телескоп Кеплер

Эта статья о космическом телескопе. Чтобы узнать о стиле преломляющего телескопа, изобретенном Иоганном Кеплером, см. Кеплеровский телескоп .

Кеплер

Впечатление художника от телескопа Кеплер
Тип миссии	Космический телескоп
Оператор	НАСА / ЛАСП
ИДЕНТИФИКАТОР КОСПЭРЭ	2009-011А
САТКАТ нет.	34380
Веб-сайт	www .находится в .gov /кеплер
Продолжительность миссии	Планируется: 3,5 года. Финал: 9 лет, 7 месяцев, 23 дня.
Свойства космического корабля
Производитель	Болл Аэрокосмическая промышленность и технологии
Стартовая масса	1052,4 кг (2320 фунтов)
Сухая масса	1040,7 кг (2294 фунта)
Масса полезной нагрузки	478 кг (1054 фунта)
Размеры	4,7 м × 2,7 м (15,4 × 8,9 футов)
Власть	1100 Вт
Начало миссии
Дата запуска	7 марта 2009 г., 03:49:57 ( 2009-03-07UTC03:49:57 ) UTC
Ракета	Дельта II (7925-10Л)
Запуск сайта	Мыс Канаверал SLC-17B
Подрядчик	Объединенный стартовый альянс
Вступил в сервис	12 мая 2009 г., 09:01 UTC
Конец миссии
Деактивирован	15 ноября 2018 г. ( 15.11.2018 )
Орбитальные параметры
Справочная система	гелиоцентрический
Режим	Земля - ​​висячая
Большая полуось	1,0133 а.е.
Эксцентриситет	0.036116
Высота перигелия	0,97671 а.е.
Высота Афелия	1,0499 австралийских долларов
Наклон	0,4474 градуса
Период	372,57 дней
Аргумент перигелия	294,04 градуса
Средняя аномалия	311,67 градусов
Среднее движение	0,96626 град/сутки
Эпоха	1 января 2018 г. ( J2000 : 2458119.5)
Главный телескоп
Тип	Шмидт
Диаметр	0,95 м (3,1 фута)
Зона сбора	0,708 м 2 (7,62 кв. футов)
Длины волн	430–890 нм
Транспондеры
Пропускная способность	X-диапазон вверх: 7,8 бит/с – 2 кбит/с Нижний диапазон X: 10 бит/с – 16 кбит/с K а полоса вниз: до 4,3 Мбит/с
Программа открытия

— Космический телескоп «Кеплер» несуществующий космический телескоп, запущенный НАСА в 2009 году. открыть планеты размером с Землю, вращающиеся вокруг других звезд . Назван в честь астронома Иоганна Кеплера . следующую за Землей космический корабль был выведен на гелиоцентрическую орбиту, . Главным исследователем был Уильям Дж. Боруки . телескопа После девяти с половиной лет работы топливо системы управления реакцией было израсходовано, и НАСА объявило о выходе из эксплуатации. 30 октября 2018 года

Предназначен для исследования части земного региона Млечного Пути, чтобы обнаружить размером с Землю экзопланеты в обитаемых зонах или вблизи них , а также оценить, сколько из миллиардов звезд Млечного Пути имеют такие планеты. Единственный научный инструмент Кеплера — фотометр , который постоянно отслеживал яркость примерно 150 000 звезд главной последовательности в фиксированном поле зрения. Эти данные были переданы на Землю, а затем проанализированы для обнаружения периодического затемнения, вызванного экзопланетами, которые пересекаются перед своей родительской звездой. Обнаружить удалось только те планеты, орбиты которых видны с Земли с ребра. По состоянию на 16 июня 2023 года Кеплер наблюдал 530 506 звезд и обнаружил 2778 подтвержденных планет.

История

Предстартовая разработка

Космический телескоп «Кеплер» был частью программы НАСА Discovery относительно недорогих научных миссий. Строительством и первоначальной эксплуатацией телескопа руководила Лаборатория реактивного движения НАСА , а компания Ball Aerospace отвечала за разработку системы полета «Кеплер».

В январе 2006 года запуск проекта был отложен на восемь месяцев из-за сокращения бюджета и консолидации НАСА. В марте 2006 года его снова отложили на четыре месяца из-за финансовых проблем. За это время антенна с высоким коэффициентом усиления была заменена конструкцией, использующей подвес , на антенну, прикрепленную к раме космического корабля, чтобы снизить стоимость и сложность, за счет одного дня наблюдений в месяц.

После запуска

Исследовательский центр Эймса отвечал за разработку наземной системы, выполнение миссии с декабря 2009 года и анализ научных данных. Первоначальный запланированный срок службы составлял три с половиной года. но больший, чем ожидалось, шум в данных , как со звезд, так и с космического корабля, означал, что для выполнения всех целей миссии потребовалось дополнительное время. Первоначально в 2012 году предполагалось, что миссия будет продлена до 2016 года. но 14 июля 2012 года одно из четырех реактивных колес, используемых для наведения космического корабля, перестало вращаться, и завершение миссии стало возможным только в том случае, если все остальные три останутся надежными. Затем, 11 мая 2013 года, произошел сбой второго, что отключило сбор научных данных. и угрозы продолжения миссии.

15 августа 2013 года НАСА объявило, что отказалось от попыток починить два вышедших из строя реактивных колеса. Это означало, что текущую миссию необходимо было изменить, но это не обязательно означало конец охоты за планетами. НАСА обратилось к космическому научному сообществу с просьбой предложить альтернативные планы миссии, «потенциально включающие поиск экзопланеты с использованием оставшихся двух хороших реактивных колес и двигателей». 18 ноября 2013 года было сообщено о предложении К2 «Второй свет». Это будет включать в себя использование отключенного Кеплера для обнаружения обитаемых планет вокруг меньших и более тусклых красных карликов . 16 мая 2014 года НАСА объявило об одобрении расширения К2.

К январю 2015 года «Кеплер» и его последующие наблюдения обнаружили 1013 подтвержденных экзопланет примерно в 440 звездных системах , а также еще 3199 неподтвержденных планет-кандидатов. Наличие четырех планет было подтверждено миссией Кеплера К2. В ноябре 2013 года астрономы подсчитали, основываясь на данных космической миссии Кеплер, что может существовать до 40 миллиардов каменистых размером с Землю экзопланет , вращающихся по орбитам в обитаемых зонах солнцеподобных звезд и красных карликов в пределах Млечного Пути . По оценкам, 11 миллиардов из этих планет могут вращаться вокруг звезд, подобных Солнцу. ближайшая такая планета может находиться на расстоянии 3,7 парсека (12 св. лет ). По мнению ученых,

6 января 2015 года НАСА объявило о тысячной подтвержденной экзопланете, открытой космическим телескопом «Кеплер». Было обнаружено, что четыре из недавно подтвержденных экзопланет находятся на орбитах внутри обитаемых зон своих родственных звезд : три из четырех, Kepler-438b , Kepler-442b и Kepler-452b , почти размером с Землю и, вероятно, каменистые; четвёртая, Kepler-440b , — суперземля . 10 мая 2016 года НАСА подтвердило 1284 новые экзопланеты, открытые Кеплером, что стало крупнейшей находкой планет на сегодняшний день.

Данные Кеплера также помогли ученым наблюдать и понимать сверхновые ; измерения проводились каждые полчаса, поэтому кривые блеска были особенно полезны для изучения подобных астрономических событий.

30 октября 2018 года, после того как у космического корабля закончилось топливо, НАСА объявило о прекращении эксплуатации телескопа. В тот же день телескоп был остановлен, что положило конец его девятилетней службе. За свою жизнь Кеплер наблюдал 530 506 звезд и открыл 2662 экзопланеты. Новая миссия НАСА TESS , запущенная в 2018 году, продолжает поиск экзопланет.

Конструкция космического корабля

Кеплер на опасном технологическом комплексе Astrotech

Интерактивная 3D-модель Кеплера

Телескоп имеет массу 1039 кг (2291 фунт) и содержит камеру Шмидта диаметром 1,4 метра (55 дюймов) с передней корректирующей пластиной (линзой) диаметром 0,95 метра (37,4 дюйма), питающей главное зеркало - на момент запуска. это было самое большое зеркало на любом телескопе за пределами околоземной орбиты. хотя Космическая обсерватория Гершеля несколько месяцев спустя получила это звание. Его телескоп имеет угол обзора 115 градусов. ² (диаметр около 12 градусов Поле зрения ), примерно эквивалентное размеру кулака, удерживаемого на расстоянии вытянутой руки. Из них 105 град. ² менее 11% имеет научное качество, виньетирование . Фотометр имеет мягкий фокус , обеспечивающий превосходную фотометрию , а не резкие изображения. Целью миссии была комбинированная дифференциальная фотометрическая точность (CDPP) 20 частей на миллион для звезды типа Солнца m (V) = 12 для 6,5-часовой интеграции, хотя наблюдения не достигли этой цели (см. Статус миссии ).

Камера

Матрица датчиков изображения Кеплера. Массив изогнут для учета кривизны поля Петцваля .

Фокальная плоскость камеры космического корабля состоит из сорока двух ПЗС-матриц размером 50 × 25 мм (2 × 1 дюйм) с разрешением 2200 × 1024 пикселей каждая, имеющих общее разрешение 94,6 мегапикселя . что на тот момент делало его крупнейшей системой камер, запущенной в космос. Охлаждение массива осуществлялось тепловыми трубками, подключенными к внешнему радиатору. ПЗС-матрицы считывались каждые 6,5 секунды (чтобы ограничить насыщение) и добавлялись на борт на 58,89 секунды для целей с коротким шагом и 1765,5 секунды (29,4 минуты) для целей с длинным шагом. Из-за более высоких требований к пропускной способности для первого их количество было ограничено до 512 по сравнению со 170 000 для длинной частоты вращения педалей. Однако, несмотря на то, что при запуске «Кеплер» имел самую высокую скорость передачи данных среди всех миссий НАСА, 29-минутная сумма всех 95 миллионов пикселей составила больше данных, чем можно было сохранить и отправить обратно на Землю. Поэтому научная группа предварительно выбрала соответствующие пиксели, связанные с каждой интересующей звездой, что составляет около 6 процентов пикселей (5,4 мегапикселя). Данные этих пикселей затем повторно квантовались, сжимались и сохранялись вместе с другими вспомогательными данными во встроенном 16-гигабайтном твердотельном записывающем устройстве. Данные, которые были сохранены и переданы по нисходящей линии связи, включают изображения научных звезд, звезд p-режима , размытия, уровня черного, фона и изображений полного поля зрения.

Основное зеркало

Сравнение размеров главного зеркала телескопа Кеплер и других известных оптических телескопов.

Главное зеркало Кеплера имеет диаметр 1,4 метра (4,6 фута). Зеркало , изготовленное производителем стекла Corning с использованием стекла со сверхнизким коэффициентом расширения (ULE) , специально разработано так, чтобы его масса составляла всего 14% от массы цельного зеркала того же размера. Чтобы создать систему космического телескопа с достаточной чувствительностью для обнаружения относительно небольших планет, когда они проходят перед звездами, потребовалось покрытие с очень высокой отражательной способностью на главном зеркале. Используя ионное испарение , компания Surface Optics Corp. нанесла защитное девятислойное серебряное покрытие для улучшения отражения и диэлектрическое интерференционное покрытие для минимизации образования центров окраски и поглощения атмосферной влаги.

Фотометрические характеристики

С точки зрения фотометрических характеристик «Кеплер» работал хорошо, намного лучше, чем любой наземный телескоп, но не достиг проектных целей. Целью была комбинированная дифференциальная фотометрическая точность (CDPP) 20 частей на миллион (PPM) для звезды 12 звездной величины за 6,5 часов интегрирования. Эта оценка была разработана с учетом звездной изменчивости в 10 ppm, что примерно соответствует значению для Солнца. Полученная точность этого наблюдения имеет широкий диапазон в зависимости от звезды и положения в фокальной плоскости, со средним значением 29 ppm. Большая часть дополнительного шума, по-видимому, связана с большей, чем ожидалось, изменчивостью самих звезд (19,5 частей на миллион вместо предполагаемых 10,0 частей на миллион), а остальная часть связана с инструментальными источниками шума, немного большими, чем прогнозировалось.

Поскольку уменьшение яркости от планеты размером с Землю, проходящей транзитом через звезду, подобную Солнцу, настолько мало, всего 80 частей на миллион, повышенный шум означает, что каждый отдельный транзит представляет собой событие только 2,7 σ вместо запланированных 4 σ. Это, в свою очередь, означает, что необходимо наблюдать больше транзитов, чтобы быть уверенным в обнаружении. Научные оценки показали, что для обнаружения всех транзитных планет размером с Землю потребуется миссия продолжительностью от 7 до 8 лет вместо первоначально запланированных 3,5 лет. 4 апреля 2012 года миссия «Кеплер» была одобрена на продление до 2016 финансового года. но это также зависело от того, чтобы все оставшиеся реактивные колеса оставались исправными, что оказалось не так (см. Проблемы с реактивными колесами ниже).

Орбита и ориентация

Объем поиска Кеплера в контексте Млечного Пути

Движение Кеплера относительно Земли, медленно удаляющегося от Земли по аналогичной орбите, с течением времени похожее на спираль.

Кеплер вращается вокруг Солнца , что позволяет избежать затмений Земли , рассеянного света, гравитационных возмущений и крутящих моментов, присущих земной орбите.

НАСА охарактеризовало орбиту Кеплера как «следующую за Землей». При орбитальном периоде 372,5 дней Кеплер медленно отстает от Земли (около 16 миллионов миль в год ). По состоянию на 1 мая 2018 г. расстояние до Кеплера от Земли составляло около 0,917 а.е. (137 миллионов км). Это означает, что примерно через 26 лет Кеплер достигнет другой стороны Солнца и вернется в окрестности Земли через 51 год.

До 2013 года и Дракона , которое находится за далеко фотометр указывал на поле в северных созвездиях Лебедя, Лиры пределами плоскости эклиптики , так что солнечный свет никогда не попадает в фотометр во время вращения космического корабля. Это также направление движения Солнечной системы вокруг центра галактики. Таким образом, звезды, которые наблюдал Кеплер, находятся примерно на том же расстоянии от Галактического центра, что и Солнечная система , а также близко к галактической плоскости . Этот факт важен, если положение в галактике связано с обитаемостью, как предполагает гипотеза редкой Земли .

Ориентация стабилизируется по трем осям путем определения вращения с помощью датчиков точного наведения, расположенных в фокальной плоскости инструмента (вместо гироскопов, чувствительных к скорости, например, используемых на Хаббле ). и использование реактивных колес и гидразиновых подруливающих устройств. контролировать ориентацию.

Анимация Кеплера траектории

Относительно Солнца

Относительно Земли

Относительно Солнца и Земли

  Кеплер   ·   Земля   ·   Солнце

Операции

Орбита Кеплера. Солнечная батарея телескопа настраивалась на дни солнцестояний и равноденствий .

Кеплер эксплуатировался в Боулдере, штат Колорадо , Лабораторией физики атмосферы и космоса (LASP) по контракту с Ball Aerospace & Technologies . Солнечная батарея космического корабля была повернута лицом к Солнцу в дни солнцестояний и равноденствий , чтобы оптимизировать количество солнечного света, падающего на солнечную батарею, и чтобы тепловой радиатор был направлен в сторону глубокого космоса. Вместе LASP и Ball Aerospace управляли космическим кораблем из оперативного центра миссии, расположенного в исследовательском кампусе Университета Колорадо . LASP выполняет важное планирование миссии, а также первоначальный сбор и распространение научных данных. Первоначальная стоимость жизненного цикла миссии оценивалась в 600 миллионов долларов США, включая финансирование на 3,5 года работы. В 2012 году НАСА объявило, что миссия «Кеплер» будет финансироваться до 2016 года и будет стоить около 20 миллионов долларов в год.

Коммуникации

связывалось с космическим кораблем по каналу связи X-диапазона НАСА дважды в неделю для получения обновлений команд и статуса. Научные данные загружаются один раз в месяц по K _a каналу связи с максимальной скоростью передачи данных примерно 550 кБ/с . Антенна с высоким коэффициентом усиления не является управляемой, поэтому сбор данных прерывается на день, чтобы переориентировать весь космический корабль и антенну с высоким коэффициентом усиления для связи с Землей.

Космический телескоп «Кеплер» провел на борту собственный частичный анализ и передавал только научные данные, которые считались необходимыми для миссии в целях экономии полосы пропускания.

Управление данными

Телеметрические научные данные, собранные во время операций миссии в LASP, отправляются для обработки в Центр управления данными Кеплера (DMC), который расположен в Научном институте космического телескопа в кампусе Университета Джона Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд . Телеметрические научные данные декодируются и обрабатываются FITS DMC в некалиброванные продукты научных данных в формате , которые затем передаются в Центр научных операций (SOC) Исследовательского центра Эймса НАСА для калибровки и окончательной обработки. SOC Исследовательского центра Эймса НАСА (ARC) разрабатывает и использует инструменты, необходимые для обработки научных данных для использования Научным бюро Кеплера (SO). Соответственно, SOC разрабатывает программное обеспечение для обработки данных конвейера на основе научных алгоритмов, разработанных совместно SO и SOC. В ходе деятельности SOC:

1. Получает некалиброванные данные пикселей от DMC
2. Применяет алгоритмы анализа для создания калиброванных пикселей и кривых блеска для каждой звезды.
3. Выполняет поиск транзитов для обнаружения планет (события пересечения порога или TCE).
4. Выполняет проверку данных о планетах-кандидатах, оценивая согласованность различных продуктов данных, чтобы исключить ложноположительные обнаружения.

SOC также на постоянной основе оценивает фотометрические характеристики и предоставляет показатели производительности SO и Офису управления миссией. Наконец, SOC разрабатывает и поддерживает научные базы данных проекта, включая каталоги и обработанные данные. SOC, наконец, возвращает откалиброванные данные и научные результаты обратно в DMC для долгосрочного архивирования и распространения среди астрономов по всему миру через Мультимиссионный архив STScI (MAST).

Неисправности реактивного колеса

14 июля 2012 г. вышло из строя одно из четырех реактивных колес, используемых для точного наведения космического корабля. В то время как Кеплеру требуется всего три реактивных колеса для точного наведения телескопа, еще один сбой лишит космический корабль возможности нацеливаться на исходное поле зрения.

После некоторых проблем в январе 2013 года второе реактивное колесо вышло из строя 11 мая 2013 года, что положило конец основной миссии Кеплера. Космический корабль был переведен в безопасный режим, затем с июня по август 2013 года была проведена серия инженерных испытаний, чтобы попытаться восстановить одно из вышедших из строя колес. К 15 августа 2013 года было принято решение, что колеса не подлежат восстановлению. и был заказан инженерный отчет для оценки оставшихся возможностей космического корабля.

Эти усилия в конечном итоге привели к последующей миссии «К2» по наблюдению различных полей вблизи эклиптики.

График работы

Запуск Кеплера 7 марта 2009 г.

Внутренняя иллюстрация Кеплера

Иллюстрация Кеплера 2004 года.

В январе 2006 года запуск проекта был отложен на восемь месяцев из-за сокращения бюджета и консолидации НАСА. В марте 2006 года его снова отложили на четыре месяца из-за финансовых проблем. В это время антенна с высоким коэффициентом усиления была заменена с карданной конструкции на антенну, прикрепленную к раме космического корабля, чтобы снизить стоимость и сложность, за счет одного дня наблюдений в месяц.

Обсерватория Кеплер была запущена 7 марта 2009 года в 03:49:57 UTC на борту ракеты Delta II с базы ВВС на мысе Канаверал , Флорида. Запуск прошел успешно, и все три этапа были завершены к 04:55 UTC. Крышку телескопа сняли 7 апреля 2009 года, а первые световые изображения. на следующий день были сделаны

20 апреля 2009 года было объявлено, что научная группа Кеплера пришла к выводу, что дальнейшее уточнение фокуса резко увеличит научную отдачу. 23 апреля 2009 года было объявлено, что фокус был успешно оптимизирован путем перемещения главного зеркала на 40 микрометров (1,6 тысячных дюйма) к фокальной плоскости и наклона главного зеркала на 0,0072 градуса.

13 мая 2009 года в 00:01 по всемирному координированному времени «Кеплер» успешно завершил этап ввода в эксплуатацию и начал поиск планет вокруг других звезд.

19 июня 2009 года космический корабль успешно отправил на Землю свои первые научные данные. Было обнаружено, что Кеплер перешел в безопасный режим 15 июня. Второе событие безопасного режима произошло 2 июля. В обоих случаях событие было вызвано перезагрузкой процессора . Космический корабль возобновил нормальную работу 3 июля, и в тот же день были переданы научные данные, собранные с 19 июня. 14 октября 2009 года причиной этих аварийных событий было установлено низковольтное питание процессора RAD750 . 12 января 2010 года одна часть фокальной плоскости передала аномальные данные, что указывает на проблему с модулем MOD-3 в фокальной плоскости, охватывающим две из 42 ПЗС-матриц Кеплера . По состоянию на октябрь 2010 г. , модуль был описан как «неудачный», но охват все равно превысил научные цели.

Кеплер передал примерно двенадцать гигабайт данных примерно раз в месяц.

Поле зрения

Схема исследуемой области Кеплера с небесными координатами

Кеплер имеет фиксированное поле зрения (FOV) на фоне неба. На диаграмме справа показаны небесные координаты и расположение детекторных полей, а также расположение нескольких ярких звезд с небесным севером в верхнем левом углу. На сайте миссии есть калькулятор это определит, попадает ли данный объект в поле зрения, и если да, то где он появится в потоке выходных данных фотодетектора. Данные о кандидатах в экзопланеты передаются в Программу наблюдения за Кеплером или KFOP для проведения последующих наблюдений.

Поле зрения фотометра в созвездиях Лебедя , Лиры и Дракона.

Поле зрения Кеплера охватывает 115 квадратных градусов , около 0,25 процента неба, или «около двух черпаков Большой Медведицы». Таким образом, чтобы охватить все небо, потребуется около 400 телескопов типа Кеплера. Поле Кеплера содержит части созвездий Лебедя , Лиры и Дракона .

Ближайшая звездная система в поле зрения Кеплера — троичная звездная система Глизе 1245 , находящаяся в 15 световых годах от Солнца. Коричневый карлик WISE J2000+3629, находящийся в 22,8 ± 1 световом году от Солнца, также находится в поле зрения, но невидим для Кеплера из-за излучения света преимущественно в инфракрасных длинах волн.

Цели и методы

Научной целью космического телескопа «Кеплер» было исследование структуры и разнообразия планетных систем . Этот космический корабль наблюдает за большой выборкой звезд для достижения нескольких ключевых целей:

• Определить, сколько планет размером с Землю и более крупных находится в обитаемой зоне или рядом с ней (часто называемой «планетами Златовласки»). самых разнообразных спектральных классов звезд.
• Определить диапазон размеров и формы орбит этих планет.
• Оценить количество планет в многозвездных системах.
• Определить диапазон размеров орбит, блеска, размеров, массы и плотности короткопериодических планет-гигантов.
• Идентифицировать дополнительных членов каждой открытой планетной системы другими методами.
• Определите свойства тех звезд, на которых расположены планетные системы.

Большинство экзопланет , ранее обнаруженных другими проектами, были планетами-гигантами , в основном размером с Юпитер и больше. Кеплер был разработан для поиска планет в 30–600 раз менее массивных, что ближе к массе Земли (Юпитер в 318 раз массивнее Земли). Используемый метод, метод транзита , предполагает наблюдение повторного прохождения звезды планет перед своими звездами, что вызывает небольшое уменьшение видимой величины , порядка 0,01% для планеты размером с Землю. Степень этого уменьшения яркости можно использовать для определения диаметра планеты, а интервал между транзитами можно использовать для вывода периода обращения планеты, на основе которого можно оценить ее большую полуось орбиты (с использованием законов Кеплера ) и ее орбитальный период. можно рассчитать температуру (с использованием моделей звездного излучения).

Вероятность того, что случайная планетарная орбита окажется на луче зрения звезды, равна диаметру звезды, разделенному на диаметр орбиты. Для планеты размером с Землю на расстоянии 1 а.е., проходящей транзитом через звезду типа Солнца, вероятность составляет 0,47%, или примерно 1 из 210. Для такой планеты, как Венера, вращающейся вокруг звезды, подобной Солнцу, вероятность немного выше - 0,65%; Если у родительской звезды есть несколько планет, вероятность дополнительных обнаружений выше, чем вероятность первоначального обнаружения, если предположить, что планеты в данной системе имеют тенденцию вращаться по орбитам в одинаковых плоскостях - предположение, согласующееся с текущими моделями формирования планетных систем. Например, если миссия, подобная Кеплеру , проведенная инопланетянами, наблюдала транзит Земли через Солнце, существует 7% вероятность того, что она также увидит транзит Венеры .

115 градусов Кеплера ² Поле зрения дает ему гораздо более высокую вероятность обнаружения планет размером с Землю, чем у космического телескопа Хаббла , поле зрения которого составляет всего 10 квадратных минут дуги . Более того, «Кеплер» занимается обнаружением транзитов планет, а космический телескоп «Хаббл» используется для решения широкого круга научных вопросов и редко наблюдает непрерывно только за одним звездным полем. Из примерно полумиллиона звезд в поле зрения Кеплера для наблюдения было выбрано около 150 000 звезд. Более 90 000 звезд G-типа находятся на главной последовательности или вблизи нее . Таким образом, «Кеплер» был спроектирован так, чтобы быть чувствительным к длинам волн 400–865 нм, где яркость этих звезд достигает максимума. Большинство звезд, наблюдаемых Кеплером, имеют видимую визуальную величину от 14 до 16, но самые яркие наблюдаемые звезды имеют видимую визуальную величину 8 или ниже. Первоначально ожидалось, что большинство кандидатов на планеты не будут подтверждены из-за того, что они слишком слабы для последующих наблюдений. Все выбранные звезды наблюдаются одновременно, а космический корабль измеряет изменения их яркости каждые тридцать минут. Это дает больше шансов увидеть транзит. Миссия была разработана для максимизации вероятности обнаружения планет, вращающихся вокруг других звезд.

Поскольку Кеплер должен наблюдать как минимум три транзита, чтобы подтвердить, что потускнение звезды было вызвано транзитной планетой, и поскольку более крупные планеты подают сигнал, который легче проверить, ученые ожидали, что первыми сообщенными результатами будут более крупные планеты размером с Юпитер в узкие орбиты. О первых из них сообщили всего через несколько месяцев эксплуатации. Для меньших планет и планет, находящихся дальше от Солнца, потребуется больше времени, а открытие планет, сравнимых с Землей, должно было занять три года или больше.

Данные, собранные «Кеплером», также используются для изучения переменных звезд различных типов и проведения астеросейсмологии . особенно на звездах, демонстрирующих солнечные колебания .

Процесс поиска планет

Поиск планет-кандидатов

Впечатление художника о Кеплере

После того, как Кеплер собрал и отправил данные обратно, строятся необработанные кривые блеска. Затем значения яркости корректируются с учетом изменений яркости из-за вращения космического корабля. Следующим шагом является обработка (свертывание) кривых блеска в более удобную для наблюдения форму и предоставление программному обеспечению возможности выбирать сигналы, которые потенциально кажутся транзитными. На этом этапе любой сигнал, который демонстрирует потенциальные особенности транзита, называется событием пересечения порога. Эти сигналы проверяются индивидуально в два раунда проверки, причем первый раунд занимает всего несколько секунд на каждую цель. Эта проверка исключает ошибочно выбранные несигналы, сигналы, вызванные инструментальным шумом, и очевидные затменные бинарные файлы.

События пересечения порога, которые проходят эти тесты, называются объектами интереса Кеплера (KOI), получают обозначение KOI и архивируются. KOI проверяются более тщательно в процессе, называемом диспозицией. Тех, кто проходит диспозицию, называют кандидатами на планеты Кеплера. Архив KOI не является статическим, а это означает, что кандидат на Кеплер может оказаться в списке ложноположительных результатов при дальнейшей проверке. В свою очередь, KOI, ошибочно классифицированные как ложноположительные, могут снова оказаться в списке кандидатов.

Не все кандидаты на планеты проходят через этот процесс. Циркумбинарные планеты не демонстрируют строго периодических транзитов, и их необходимо проверять другими методами. Кроме того, сторонние исследователи используют различные методы обработки данных или даже ищут кандидатов на планеты на основе необработанных данных о кривой блеска. Как следствие, на этих планетах может отсутствовать обозначение KOI.

Подтверждение кандидатов на планеты

Миссия Кеплер – новые кандидаты в экзопланеты – по состоянию на 19 июня 2017 г.

Как только подходящие кандидаты будут найдены по данным Кеплера, необходимо исключить ложноположительные результаты с помощью последующих тестов.

Обычно кандидаты на Кеплер фотографируются индивидуально с помощью более совершенных наземных телескопов, чтобы различить любые фоновые объекты, которые могут испортить яркостную сигнатуру транзитного сигнала. Еще один метод исключения кандидатов на планеты — это астрометрия , для которой Кеплер может собрать хорошие данные, хотя это и не входило в цель проекта. Хотя Кеплер не может обнаружить объекты планетарной массы с помощью этого метода, его можно использовать, чтобы определить, был ли транзит вызван объектом звездной массы.

С помощью других методов обнаружения

Существует несколько различных методов обнаружения экзопланет, которые помогают исключить ложные срабатывания, предоставляя дополнительные доказательства того, что кандидат является настоящей планетой. Один из методов, называемый доплеровской спектроскопией , требует последующих наблюдений с помощью наземных телескопов. Этот метод хорошо работает, если планета массивная или расположена вокруг относительно яркой звезды. Хотя нынешних спектрографов недостаточно для подтверждения планет-кандидатов с небольшой массой вокруг относительно тусклых звезд, этот метод можно использовать для обнаружения дополнительных массивных нетранзитных планет-кандидатов вокруг намеченных звезд.

Фотография, сделанная Кеплером, с обозначением двух достопримечательностей. Небесный север находится в левом нижнем углу.

В многопланетных системах наличие планет часто можно подтвердить по изменению времени прохождения , посмотрев на время между последовательными проходами, которое может меняться, если планеты испытывают гравитационное воздействие друг на друга. Это помогает подтвердить существование планет с относительно малой массой, даже если звезда находится относительно далеко. Изменения времени транзита указывают на то, что две или более планеты принадлежат одной и той же планетной системе. Бывают даже случаи, когда таким способом обнаруживают и нетранзитную планету.

Циркумбинарные планеты демонстрируют гораздо большие различия во времени прохождения между транзитами, чем планеты, гравитационно возмущенные другими планетами. Время их транзита также существенно различается. Изменения времени и продолжительности транзита для планет, находящихся по окружности, вызваны орбитальным движением родительских звезд, а не других планет. Кроме того, если планета достаточно массивна, это может вызвать небольшие изменения орбитальных периодов звезд-хозяев. Несмотря на то, что найти циркумбинарные планеты труднее из-за их непериодических транзитов, их гораздо проще подтвердить, поскольку временные схемы транзитов не могут быть имитированы затменно-двойной или фоновой звездной системой.

Помимо транзитов, планеты, вращающиеся вокруг своих звезд, подвергаются изменениям в отраженном свете — как и Луна , они проходят фазы от полной к новой и обратно. Поскольку Кеплер не может отличить планету от звезды, он видит только комбинированный свет, а яркость родительской звезды, кажется, периодически меняется на каждой орбите. Хотя эффект невелик — фотометрическая точность, необходимая для наблюдения близко расположенной планеты-гиганта, примерно такая же, как для обнаружения планеты размером с Землю, проходящей через звезду солнечного типа — планеты размером с Юпитер с периодом обращения в несколько дней или меньше, можно обнаружить с помощью чувствительных космических телескопов, таких как «Кеплер». В долгосрочной перспективе этот метод может помочь найти больше планет, чем метод транзита, поскольку изменение отраженного света в зависимости от фазы орбиты в значительной степени не зависит от наклона орбиты планеты и не требует, чтобы планета проходила перед диском звезды. . Кроме того, фазовая функция планеты-гиганта также является функцией ее тепловых свойств и атмосферы, если таковая имеется. Следовательно, фазовая кривая может ограничивать другие планетарные свойства, такие как распределение атмосферных частиц по размерам.

Фотометрическая точность Кеплера часто достаточно высока, чтобы наблюдать изменения яркости звезды, вызванные доплеровским излучением или деформацией формы звезды спутником. Иногда их можно использовать, чтобы исключить кандидатов на горячий Юпитер как ложноположительные результаты, вызванные звездой или коричневым карликом, когда эти эффекты слишком заметны. Однако в некоторых случаях такие эффекты обнаруживаются даже спутниками планетарной массы, такими как TrES-2b .

Через проверку

Если планету невозможно обнаружить хотя бы одним из других методов обнаружения, это можно подтвердить, определив, значительно ли вероятность того, что кандидат на Кеплер является реальной планетой, чем любые ложноположительные сценарии вместе взятые. Одним из первых методов было выяснить, могут ли другие телескопы также увидеть транзит. Первой планетой, подтвержденной этим методом, была Кеплер-22b , которую также наблюдали с помощью космического телескопа Спитцер в дополнение к анализу любых других ложноположительных результатов. Такое подтверждение обходится дорого, поскольку малые планеты обычно можно обнаружить только с помощью космических телескопов.

В 2014 году был анонсирован новый метод подтверждения под названием «проверка по множественности». Из планет, ранее подтвержденных различными методами, было обнаружено, что планеты в большинстве планетных систем вращаются в относительно плоской плоскости, подобно планетам, обнаруженным в Солнечной системе. Это означает, что если у звезды есть несколько кандидатов в планеты, то, скорее всего, это настоящая планетная система. Транзитные сигналы по-прежнему должны соответствовать нескольким критериям, которые исключают ложноположительные сценарии. Например, она должна иметь значительное отношение сигнал/шум, иметь как минимум три наблюдаемых транзита, орбитальная стабильность этих систем должна быть стабильной, а кривая транзита должна иметь форму, чтобы частично затменные двойные системы не могли имитировать транзитный сигнал. . Кроме того, период ее обращения должен составлять 1,6 дня или больше, чтобы исключить распространенные ложные срабатывания, вызванные затменно-двойными системами. Проверка методом множественности очень эффективна и позволяет подтвердить сотни кандидатов на Кеплер за относительно короткий промежуток времени.

Был разработан новый метод проверки с использованием инструмента PASTIS. Это позволяет подтвердить наличие планеты, даже если был обнаружен только один кандидат на транзитное событие для родительской звезды. Недостатком этого инструмента является то, что он требует относительно высокого отношения сигнал/шум на основе данных Кеплера , поэтому он может в основном подтверждать только более крупные планеты или планеты вокруг тихих и относительно ярких звезд. В настоящее время анализ кандидатов на Кеплер с помощью этого метода продолжается. PASTIS впервые успешно подтвердил существование планеты Kepler-420b.

Расширение К2

Предсказанная структура Млечного Пути, наложенная на исходное пространство поиска Кеплера.

В апреле 2012 года независимая группа старших ученых НАСА рекомендовала продолжить миссию «Кеплер» до 2016 года. Согласно старшему обзору, наблюдения «Кеплера» необходимо продолжать как минимум до 2015 года, чтобы достичь всех заявленных научных целей. 14 ноября 2012 года НАСА объявило о завершении основной миссии «Кеплера» и начале расширенной миссии, которая завершилась в 2018 году, когда у него закончилось топливо.

Проблемы с реактивным колесом

Кеплера В июле 2012 года одно из четырех реактивных колес (колесо 2) вышло из строя. 11 мая 2013 года вышло из строя второе колесо (колесо 4), что поставило под угрозу продолжение миссии, поскольку для охоты за планетами необходимы три колеса. Кеплер не собирал научные данные с мая, потому что не мог указывать с достаточной точностью. 18 и 22 июля были испытаны реактивные колеса 4 и 2 соответственно; колесо 4 вращалось только против часовой стрелки, а колесо 2 вращалось в обоих направлениях, хотя и со значительно повышенным уровнем трения. В ходе дальнейшего испытания колеса 4 25 июля удалось добиться двунаправленного вращения. Однако оба колеса имели слишком сильное трение, чтобы быть полезными. 2 августа НАСА объявило конкурс предложений по использованию оставшихся возможностей «Кеплера» для других научных миссий. Начиная с 8 августа была проведена полная оценка систем. Было установлено, что колесо 2 не может обеспечить достаточную точность для научных миссий, и космический корабль был возвращен в состояние «покоя» для экономии топлива. Колесо 4 ранее было исключено, поскольку в предыдущих тестах оно показало более высокий уровень трения, чем колесо 2. Отправка астронавтов для исправления Кеплера невозможна, поскольку он вращается вокруг Солнца и находится в миллионах километров от Земли.

15 августа 2013 года НАСА объявило, что Кеплер не будет продолжать поиск планет транзитным методом после того, как попытки решить проблемы с двумя из четырех реактивных колес потерпели неудачу. Был заказан инженерный отчет для оценки возможностей космического корабля, его двух исправных реактивных колес и двигателей. Одновременно было проведено научное исследование, чтобы определить, можно ли получить достаточно знаний из ограниченных возможностей Кеплера, чтобы оправдать его стоимость в 18 миллионов долларов в год.

Возможные идеи включали поиск астероидов и комет, поиск свидетельств существования сверхновых и поиск огромных экзопланет с помощью гравитационного микролинзирования . Другое предложение заключалось в модификации программного обеспечения «Кеплера», чтобы компенсировать отключенные реактивные колеса. Вместо того, чтобы звезды были неподвижными и стабильными в поле зрения Кеплера, они будут дрейфовать. Предлагаемое программное обеспечение должно было отслеживать этот дрейф и более или менее полностью восстанавливать цели миссии, несмотря на невозможность удерживать звезды в фиксированном виде.

Ранее собранные данные продолжали анализироваться.

Второй свет (К2)

В ноябре 2013 года на рассмотрение был представлен новый план миссии под названием К2 «Второй свет». К2 предполагает использование оставшихся возможностей Кеплера, фотометрической точности около 300 частей на миллион по сравнению с примерно 20 частями на миллион ранее, для сбора данных для изучения « взрывов сверхновых , звездообразования и тел Солнечной системы, таких как астероиды и кометы» . ...» и для поиска и изучения большего количества экзопланет . В этом предлагаемом плане миссии Кеплер будет исследовать гораздо большую территорию в плоскости орбиты Земли вокруг Солнца . Небесные объекты, включая экзопланеты, звезды и другие, обнаруженные миссией K2, будут ассоциироваться с EPIC аббревиатурой , обозначающей входной каталог плоскостей эклиптики .

Хронология миссии К2 (8 августа 2014 г.).

В начале 2014 года космический корабль прошел успешные испытания для миссии К2. С марта по май 2014 года в ходе тестирования собирались данные из нового поля под названием Поле 0. 16 мая 2014 года НАСА объявило об одобрении расширения миссии Кеплера до миссии К2. Фотометрическая точность Кеплера для миссии K2 оценивалась в 50 частей на миллион для звезды 12 звездной величины при 6,5-часовом интегрировании. В феврале 2014 года фотометрическая точность миссии K2 с использованием двухколесных высокоточных операций составила 44 ppm для звезд 12 звездной величины при 6,5-часовом интегрировании. Анализ этих измерений, проведенный НАСА, показывает, что фотометрическая точность K2 приближается к архиву Кеплера с трехколесными точными данными.

29 мая 2014 г. были представлены и подробно описаны поля кампании от 0 до 13.

Объяснение предложения K2 (11 декабря 2013 г.).

Поле 1 миссии К2 направлено в сторону Льва - Девы области неба , а Поле 2 — в сторону «головной» области Скорпиона и включает в себя два шаровых скопления, Мессье 4 и Мессье 80 . и часть ассоциации Скорпиона-Центавра , возраст которой всего около 11 миллионов лет. и на расстоянии 120–140 парсеков (380–470 св. лет ) вероятно, более 1000 членов.

18 декабря 2014 года НАСА объявило, что миссия К2 обнаружила свою первую подтвержденную экзопланету, суперземлю под названием HIP 116454 b . Его подпись была обнаружена в наборе инженерных данных, предназначенных для подготовки космического корабля к полноценной миссии К2 . Последующие наблюдения за лучевой скоростью были необходимы, поскольку был обнаружен только один транзит планеты.

Во время запланированного контакта 7 апреля 2016 года было обнаружено, что «Кеплер» работает в аварийном режиме, самом низком эксплуатационном и самом топливно-интенсивном режиме. НАСА Операции миссии объявили чрезвычайную ситуацию на космическом корабле, что предоставило им приоритетный доступ к сети дальнего космоса . К вечеру 8 апреля космический корабль был переведен в безопасный режим, а 10 апреля переведен в состояние точечного покоя. стабильный режим, обеспечивающий нормальную связь и минимальный расход топлива. В то время причина чрезвычайной ситуации была неизвестна, но не считалось, что за это . К2 ответственны реактивные колеса Кеплера или запланированный маневр в поддержку 9-й кампании Операторы загрузили и проанализировали инженерные данные с космического корабля, отдав приоритет возвращению к нормальным научным операциям. 22 апреля «Кеплер» был возвращен в научный режим. Из-за чрезвычайной ситуации первая половина девятой кампании была сокращена на две недели.

В июне 2016 года НАСА объявило о продлении миссии К2 еще на три года после ожидаемого исчерпания бортового топлива в 2018 году. В августе 2018 года НАСА вывело космический корабль из спящего режима, применило модифицированную конфигурацию для решения проблем с двигателем, которые ухудшили характеристики наведения, и начало сбор научных данных для 19-й кампании наблюдений, обнаружив, что бортовое топливо еще не полностью израсходовано.

30 октября 2018 года НАСА объявило, что у космического корабля закончилось топливо и его миссия официально завершена.

Результаты миссии

Фрагмент рассеянное изображения исследуемой области, полученного Кеплером, на котором видно звездное скопление NGC 6791 . Небесный север находится в левом нижнем углу.

Деталь Кеплером изображения исследуемой местности, сделанного . Показано расположение TrES-2b на этом изображении. Небесный север находится в левом нижнем углу.

Космический телескоп «Кеплер» активно работал с 2009 по 2013 год, а первые основные результаты были объявлены 4 января 2010 года. Как и ожидалось, все первоначальные открытия были планетами с коротким периодом. По мере продолжения миссии были найдены дополнительные кандидаты на более длительный срок. По состоянию на ноябрь 2018 г. Кеплер обнаружил 5011 кандидатов в экзопланеты и 2662 подтвержденных экзопланеты. По состоянию на август 2022 года еще предстоит подтвердить 2056 кандидатов в экзопланеты, а 2711 являются подтвержденными экзопланетами.

2009

6 августа 2009 года НАСА провело пресс-конференцию для обсуждения первых научных результатов миссии «Кеплер». На этой пресс-конференции выяснилось, что Кеплер подтвердил существование ранее известной транзитной экзопланеты HAT-P-7b и функционирует достаточно хорошо, чтобы открывать планеты размером с Землю.

Поскольку обнаружение планет Кеплером зависит от наблюдения очень небольших изменений яркости, звезды, яркость которых меняется сама по себе ( переменные звезды ), бесполезны в этом поиске. По данным первых нескольких месяцев ученые «Кеплера» определили, что около 7500 звезд из первоначального целевого списка являются такими переменными звездами. Они были исключены из целевого списка и заменены новыми кандидатами. 4 ноября 2009 года проект Кеплер публично опубликовал кривые блеска упавших звезд. Первый новый кандидат на планету, наблюдаемый Кеплером, изначально был отмечен как ложноположительный из-за неопределенности в массе его родительской звезды. Однако десять лет спустя оно было подтверждено и теперь получило обозначение Kepler-1658b .

Данные за первые шесть недель выявили пять ранее неизвестных планет, расположенных очень близко к своим звездам. Среди примечательных результатов — обнаруженная одна из наименее плотных планет. два маломассивных белых карлика о которых первоначально сообщалось как о членах нового класса звездных объектов, и Кеплер-16b , хорошо изученная планета, вращающаяся вокруг двойной звезды.

2010

15 июня 2010 года миссия «Кеплер» опубликовала для публики данные обо всех планетарных звездах-мишенях, кроме 400 из примерно 156 000. 706 целей из этого первого набора данных имеют жизнеспособных кандидатов в экзопланеты, размеры которых варьируются от размеров Земли до размеров Юпитера. Были указаны личности и характеристики 306 из 706 целей. Объявленные цели включали пять кандидаты в многопланетные системы, включая шесть дополнительных кандидатов в экзопланеты. Для большинства кандидатов были доступны данные только за 33,5 дня. НАСА также объявило, что данные еще по 400 кандидатам были скрыты, чтобы позволить членам команды Кеплера провести последующие наблюдения. Данные по этим кандидатам были опубликованы 2 февраля 2011 года. (См. результаты Кеплера за 2011 год ниже.)

Результаты Кеплера, основанные на списках кандидатов, опубликованных в 2010 году, подразумевают, что большинство планет-кандидатов имеют радиусы менее половины радиуса Юпитера. Результаты также подразумевают, что малые планеты-кандидаты с периодами менее тридцати дней встречаются гораздо чаще, чем большие планеты-кандидаты с периодами менее тридцати дней, и что наземные открытия отбирают выборку из хвоста распределения размеров крупных размеров. Это противоречило более старым теориям, которые предполагали, что маленькие планеты размером с Землю будут встречаться относительно редко. Основываясь на экстраполяции данных Кеплера , оценка около 100 миллионов обитаемых планет в Млечном Пути может быть реалистичной. Некоторые сообщения СМИ о выступлении на TED привели к неправильному пониманию того, что Кеплер действительно нашел эти планеты. Это было разъяснено в письме директору Исследовательского центра Эймса НАСА для Научного совета Кеплера от 2 августа 2010 года, в котором говорится: «Анализ текущих данных Кеплера не подтверждает утверждение о том, что Кеплер нашел какие-либо планеты, подобные Земле. "

В 2010 году Кеплер определил две системы, содержащие объекты, которые меньше и горячее, чем их родительские звезды: KOI 74 и KOI 81 . Эти объекты, вероятно, представляют собой маломассивные белые карлики, образовавшиеся в результате предыдущих эпизодов массопереноса в их системах.

2011

Сравнение размеров экзопланет Kepler-20e и Кеплер-20ф с Венерой и Землей

2 февраля 2011 года команда Кеплера объявила результаты анализа данных, полученных в период со 2 мая по 16 сентября 2009 года. Они обнаружили 1235 планет-кандидатов, вращающихся вокруг 997 звезд-хозяев. (Приведенные ниже цифры предполагают, что кандидаты на самом деле являются планетами, хотя официальные газеты называли их только кандидатами. Независимый анализ показал, что по крайней мере 90% из них являются настоящими планетами, а не ложноположительными). 68 планет были размером примерно с Землю, 288 — со сверхземлёй , 662 — с Нептун, 165 — с Юпитер и 19 — в два раза больше Юпитера. В отличие от предыдущей работы, примерно 74% планет меньше Нептуна, скорее всего, в результате предыдущей работы найти большие планеты легче, чем меньшие.

2 февраля 2011 года были опубликованы 1235 кандидатов на экзопланеты, включая 54, которые могут находиться в « обитаемой зоне », в том числе пять, размер которых менее чем в два раза превышает размер Земли. Раньше считалось, что только две планеты находятся в «обитаемой зоне», поэтому эти новые открытия представляют собой огромное расширение потенциального числа «планет Златовласки» (планет с подходящей температурой для поддержания жидкой воды). Все найденные на данный момент кандидаты в обитаемую зону вращаются вокруг звезд, значительно меньших и холоднее Солнца (кандидатам на обитаемость вокруг звезд, подобных Солнцу, потребуется несколько дополнительных лет, чтобы накопить три транзита, необходимые для обнаружения). Из всех кандидатов на новые планеты 68 имеют размер 125% от Земли или меньше, или меньше, чем все ранее открытые экзопланеты. размера «Размер Земли» и «размер суперЗемли» определяются как «меньше или равный 2 радиусам Земли (Re)» [(или Rp ≤ 2,0 Re) – Таблица 5]. Шесть таких кандидатов на планеты [а именно: 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 854,01 (Rp=1,91), KOI 70,03 ( Rp=1,96) – Таблица 6] находятся в «обитаемой зоне». Более недавнее исследование показало, что один из этих кандидатов (KOI 326.01) на самом деле намного крупнее и горячее, чем сообщалось первоначально.

Частота наблюдений планет была самой высокой для экзопланет, размер которых в два-три раза превышал размер Земли, а затем снижалась обратно пропорционально площади планеты. Наилучшая оценка (по состоянию на март 2011 г.) с учетом погрешностей наблюдений составила: 5,4% звезд являются хозяевами кандидатов размером с Землю, 6,8% являются хозяевами кандидатов размером со сверхземлю, 19,3% являются хозяевами кандидатов размером с Нептун и 2,55% хозяев. Кандидаты размером с Юпитер или больше. Многопланетные системы распространены; 17% звезд-хозяев имеют системы с несколькими кандидатами, а 33,9% всех планет находятся в системах с несколькими планетами.

К 5 декабря 2011 года команда Кеплера объявила, что они открыли 2326 планет-кандидатов, из которых 207 имеют размеры, близкие к Земле, 680 — сверхземные, 1181 — Нептун, 203 — Юпитер и 55 — размеры Нептуна. больше Юпитера. По сравнению с показателями февраля 2011 года количество планет размером с Землю и сверхземли увеличилось на 200% и 140% соответственно. Более того, в обитаемых зонах исследованных звезд обнаружено 48 планет-кандидатов, что свидетельствует об уменьшении февральского показателя; это произошло из-за более строгих критериев, использованных в декабрьских данных.

20 декабря 2011 года команда Кеплера объявила об открытии первой размером с Землю экзопланеты , Kepler-20e. и Кеплер-20f , вращается вокруг звезды типа Солнца Кеплер -20 .

Основываясь на открытиях Кеплера, астроном Сет Шостак в 2011 году подсчитал, что «в пределах тысячи световых лет от Земли» существует «по крайней мере 30 000» обитаемых планет. Также на основе полученных результатов команда Кеплера подсчитала, что в Млечном Пути существует «по крайней мере 50 миллиардов планет», из которых «по крайней мере 500 миллионов» находятся в обитаемой зоне . НАСА В марте 2011 года астрономы Лаборатории реактивного движения (JPL) сообщили, что от «1,4 до 2,7 процентов» всех звезд типа Солнца, как ожидается, будут иметь планеты размером с Землю «в пределах обитаемых зон своих звезд». Это означает, что только в Млечном Пути существует «два миллиарда» таких «аналогов Земли». Астрономы Лаборатории реактивного движения также отметили, что существует «50 миллиардов других галактик», которые потенциально могут дать более одного секстиллиона планет-аналогов Земли, если во всех галактиках количество планет будет такое же, как в Млечном Пути.

2012

В январе 2012 года международная группа астрономов сообщила, что каждая звезда Млечного Пути может содержать « в среднем… по крайней мере 1,6 планет », предполагая, что в Млечном Пути может существовать более 160 миллиардов связанных со звездами планет. Кеплер также зафиксировал далекие звездные супервспышки , некоторые из которых в 10 000 раз мощнее, чем событие Кэррингтона 1859 года . Супервспышки могут быть вызваны находящимися на близкой орбите планетами размером с Юпитер . Метод изменения времени транзита (TTV), который использовался для открытия Kepler-9d , приобрел популярность для подтверждения открытий экзопланет. Также было подтверждено наличие планеты в системе с четырьмя звездами, такая система была обнаружена впервые.

По состоянию на 2012 год Всего было зарегистрировано 2321 кандидат . Из них 207 похожи по размеру на Землю, 680 — на суперземлю, 1181 — на Нептун, 203 — на Юпитер и 55 — больше Юпитера. Кроме того, в обитаемых зонах исследованных звезд обнаружено 48 планет-кандидатов. Команда Кеплера подсчитала, что 5,4% всех звезд являются кандидатами на планеты размером с Землю, а 17% всех звезд имеют несколько планет.

2013

Диаграмма, показывающая открытия Кеплера в контексте всех открытых экзопланет (до 2013 года), с указанием некоторых вероятностей транзита в качестве примеров сценариев.

Согласно исследованию астрономов Калифорнийского технологического института , опубликованному в январе 2013 года, Млечный Путь содержит как минимум столько же планет, сколько и звезд, в результате чего образуется 100–400 миллиардов экзопланет . Исследование, основанное на изучении планет, вращающихся вокруг звезды Кеплер-32 , предполагает, что планетарные системы могут быть распространены вокруг звезд Млечного Пути. Об обнаружении еще 461 кандидата было объявлено 7 января 2013 года. Чем дольше Кеплер наблюдает, тем больше планет с длинными периодами он сможет обнаружить.

С момента выхода последнего каталога Кеплера в феврале 2012 года число кандидатов, обнаруженных в данных Кеплера, увеличилось на 20 процентов и теперь составляет 2740 потенциальных планет, вращающихся вокруг 2036 звезд.

Кандидатом, о котором было объявлено 7 января 2013 года, была Kepler-69c (ранее KOI-172.02 ), экзопланета размером с Землю, вращающаяся вокруг звезды, похожей на Солнце, в обитаемой зоне и, возможно, обитаемой.

был обнаружен белый карлик, преломляющий свет своего компаньона красного карлика В апреле 2013 года в звездной системе КОИ-256 .

В апреле 2013 года НАСА объявило об открытии трех новых экзопланет размером с Землю — Kepler-62e , Kepler-62f и Kepler-69c — в обитаемых зонах соответствующих родительских звезд, Kepler-62 и Kepler-69 . Новые экзопланеты считаются главными кандидатами на обладание жидкой водой и, следовательно, пригодной для жизни средой. Более поздний анализ показал, что Kepler-69c, вероятно, больше похож на Венеру и, следовательно, вряд ли будет пригоден для жизни.

15 мая 2013 года НАСА объявило, что космический телескоп вышел из строя из-за отказа реактивного колеса , которое удерживает его в правильном направлении. Второе колесо ранее вышло из строя, и для правильной работы телескопа требовалось, чтобы три колеса (из четырех) были в рабочем состоянии. Дальнейшие испытания в июле и августе показали, что, хотя «Кеплер» был способен использовать свои поврежденные реактивные колеса для предотвращения входа в безопасный режим и передачи ранее собранных научных данных по нисходящей линии связи, он не был способен собирать дальнейшие научные данные, как было настроено ранее. Ученые, работающие над проектом «Кеплер», заявили, что большое количество данных и что в ближайшие пару лет будут сделаны новые открытия, несмотря на неудачу. еще предстоит изучить

Хотя после возникновения проблемы не было собрано никаких новых научных данных из поля Кеплера, в июле 2013 года было объявлено о дополнительных шестидесяти трех кандидатах на основе ранее собранных наблюдений.

В ноябре 2013 года прошла вторая научная конференция «Кеплер». Открытия включали уменьшение среднего размера планет-кандидатов по сравнению с началом 2013 года, предварительные результаты открытия нескольких околоземных планет и планет в обитаемой зоне.

2014

Гистограмма открытий экзопланет. Желтая заштрихованная полоса показывает недавно анонсированные планеты, в том числе подтвержденные методом множественности (26 февраля 2014 г.).

13 февраля было объявлено о наличии более 530 дополнительных планет-кандидатов, проживающих вокруг однопланетных систем. Некоторые из них были размером почти с Землю и располагались в обитаемой зоне. В июне 2014 года это число было увеличено примерно на 400.

26 февраля ученые объявили, что данные Кеплера подтвердили существование 715 новых экзопланет. Был использован новый статистический метод подтверждения, названный «проверка по множественности», который основан на том, сколько планет вокруг нескольких звезд оказались настоящими планетами. Это позволило гораздо быстрее подтвердить многочисленные кандидаты, входящие в состав многопланетных систем. 95% обнаруженных экзопланет были меньше Нептуна , а четыре, включая Kepler-296f, были меньше 2 1/2 размера Земли и находились в обитаемых зонах , где температура поверхности подходит для жидкой воды .

В марте исследование показало, что малые планеты с периодом обращения менее одного дня обычно сопровождаются как минимум одной дополнительной планетой с периодом обращения 1–50 дней. В этом исследовании также было отмечено, что планеты со сверхкоротким периодом почти всегда меньше двух радиусов Земли, если только это не смещенный горячий Юпитер.

17 апреля команда Кеплера объявила об открытии Kepler-186f , первой планеты размером почти с Землю, расположенной в обитаемой зоне. Эта планета вращается вокруг красного карлика.

В мае 2014 года были анонсированы и подробно описаны поля наблюдений K2 от 0 до 13. Наблюдения К2 начались в июне 2014 года.

В июле 2014 года были зарегистрированы первые открытия по данным поля К2 в виде затменных двойных звезд . Открытия были сделаны на основе набора инженерных данных Кеплера, собранных до кампании 0. в рамках подготовки к основной миссии К2 .

23 сентября 2014 года НАСА сообщило, что миссия К2 завершила кампанию 1. первый официальный набор научных наблюдений, и эта кампания 2 шло полным ходом.

Кеплер наблюдал KSN 2011b, сверхновую типа Ia , в процессе взрыва: до, во время и после.

Кампания 3 длился с 14 ноября 2014 г. по 6 февраля 2015 г. и включал «16 375 стандартных длинных каденций и 55 стандартных коротких каденций».

2015

• В январе 2015 года количество подтвержденных планет Кеплера превысило 1000. По крайней мере, две ( Kepler-438b и Kepler-442b ) из открытых планет объявили, что месяц, вероятно, был каменистым и находился в обитаемой зоне . субземного размера пять подтвержденных скалистых экзопланет , все меньше планеты Венера возрастом 11,2 миллиарда лет были обнаружены Также в январе 2015 года НАСА сообщило, что на орбите звезды Кеплер-444 , что составляет 80% возраста этой звездной системы. Вселенная . , самая старая из обнаруженных
• В апреле 2015 года кампания 4 Сообщалось, что оно длилось с 7 февраля 2015 г. по 24 апреля 2015 г. и включало наблюдения почти 16 000 целевых звезд и двух известных рассеянных звездных скоплений, Плеяд и Гиад.
• В мае 2015 года Кеплер наблюдал недавно открытую сверхновую KSN 2011b ( Тип 1a ) до, во время и после взрыва. Детали моментов, предшествовавших появлению новой звезды, могут помочь ученым лучше понять темную энергию .
• 24 июля 2015 года НАСА объявило об открытии Kepler-452b , подтвержденной экзопланеты, близкой к Земле по размеру и обнаруженной на орбите обитаемой зоны звезды, подобной Солнцу. Был выпущен седьмой каталог кандидатов на планеты Кеплера, содержащий 4696 кандидатов, что на 521 больше, чем предыдущий каталог, выпущенный в январе 2015 года.
• 14 сентября 2015 года астрономы сообщили о необычных колебаниях света KIC 8462852 , звезды главной последовательности F-типа в созвездии Лебедя , обнаруженных Кеплером во время поиска экзопланет . Были представлены различные гипотезы, включая кометы , астероиды и инопланетную цивилизацию .

2016

К 10 мая 2016 года миссия «Кеплер» проверила 1284 новые планеты. Судя по размеру, около 550 из них могут быть каменистыми планетами. своих звезд Девять из них вращаются в зоне обитаемости : Kepler-560b , Kepler-705b , Kepler-1229b , Kepler-1410b , Kepler-1455b , Kepler-1544 b , Kepler-1593b , Kepler-1606b и Kepler-1638b .

Публикации данных

Команда Кеплера первоначально обещала опубликовать данные в течение одного года после наблюдений. Однако после запуска этот план был изменен: данные планировалось опубликовать в течение трех лет после их сбора. Это вызвало резкую критику, возглавил научную группу Кеплера, опубликовав данные за третий квартал через год и девять месяцев после сбора. Данные за сентябрь 2010 года (четвертый, пятый и шестой кварталы) были обнародованы в январе 2012 года.

Последующие действия других

Периодически команда Кеплера публикует список кандидатов ( объектов интереса Кеплера , или KOI). Используя эту информацию, группа астрономов собрала о лучевых скоростях данные с помощью эшелле-спектрографа SOPHIE , чтобы подтвердить существование кандидата KOI-428b в 2010 году, позже названного Kepler-40b . В 2011 году та же команда подтвердила кандидата KOI-423b, позже названного Kepler-39b .

Участие гражданского ученого

С декабря 2010 года данные миссии «Кеплер» используются в проекте «Охотники за планетами» , который позволяет волонтерам искать транзитные события на кривых блеска изображений «Кеплера» для идентификации планет, которые компьютерные алгоритмы . могут пропустить К июню 2011 года пользователи нашли шестьдесят девять потенциальных кандидатов, которые ранее не были признаны командой миссии «Кеплер». У команды есть планы публично отдать должное любителям, обнаружившим такие планеты.

В январе 2012 года BBC программа Stargazing Live транслировала публичный призыв к добровольцам проанализировать данные Planethunters.org на предмет потенциальных новых экзопланет. Это привело к тому, что два астронома-любителя — один из Питерборо , Англия — открыли новую экзопланету размером с Нептун , получившую название Триплетон Холмс Б. К концу января в поисках были задействованы еще сто тысяч добровольцев, которые к началу 2012 года проанализировали более миллиона изображений Кеплера. Одна такая экзопланета, PH1b (или Kepler-64b от ее обозначения Kepler), была открыта в 2012 году. Вторая экзопланета, PH2b (Kepler-86b), была открыта в 2013 году.

В апреле 2017 года ABC Stargazing Live , разновидность BBC Stargazing Live , запустила проект Zooniverse «Исследователи экзопланет». Пока Planethunters.org работал с архивными данными, Exoplanet Explorers использовали недавно переданные данные миссии K2. В первый день проекта было выявлено 184 транзитных кандидата, прошедших простые тесты. На второй день исследовательская группа определила звездную систему, позже названную К2-138 , со звездой, похожей на Солнце, и четырьмя суперземлями на узкой орбите. В итоге волонтеры помогли идентифицировать 90 кандидатов в экзопланеты. Гражданские ученые , которые помогли открыть новую звездную систему, будут добавлены в качестве соавторов в исследовательскую работу после ее публикации.

Подтвержденные экзопланеты

Основная статья: Список экзопланет, открытых космическим телескопом Кеплер

Основная статья: Список планет, наблюдавшихся во время миссии Кеплера К2

См. Также: Список экзопланетных звезд-хозяев и Список экзопланет.

Подтверждены малые экзопланеты в обитаемых зонах ( Kepler-62e , Kepler-62f , Kepler-186f , Kepler-296e , Kepler-296f , Kepler-438b , Kepler-440b , Kepler-442b ).

Экзопланеты, открытые с использованием Кеплера данных , но подтвержденные сторонними исследователями, включают Kepler-39b, Кеплер-40б, Кеплер-41б , Кеплер-43б , Кеплер-44б , Кеплер-45б , а также планеты, вращающиеся вокруг Кеплера-223 и Кеплер-42 . что звезда Кеплера , интереса объектом Аббревиатура «KOI» указывает на то является .

Входной каталог Кеплера

Основная статья: Входной каталог Кеплера

— Входной каталог Kepler это общедоступная база данных, содержащая примерно 13,2 миллиона объектов, используемых в программе спектральной классификации Kepler и миссии Kepler. Сам по себе каталог не используется для поиска целей Кеплера, поскольку космическим аппаратом можно наблюдать только часть перечисленных звезд (около трети каталога).

Наблюдения Солнечной системы

Кеплеру был присвоен код обсерватории ( C55 ), чтобы сообщать о своих астрометрических наблюдениях за малыми телами Солнечной системы в Центр малых планет . В 2013 году была предложена альтернативная миссия НЕОКеплер — поиск околоземных объектов , в частности потенциально опасных астероидов (ПГА). Его уникальная орбита и большее поле зрения, чем у существующих обзорных телескопов, позволяют ему искать объекты внутри орбиты Земли. Было предсказано, что 12-месячное исследование может внести значительный вклад в поиск PHA, а также в потенциальное обнаружение целей для миссии НАСА по перенаправлению астероидов . Однако первым открытием Кеплера в Солнечной системе стал (506121) 2016 BP ₈₁ , 200-километровый холодный классический объект пояса Койпера, расположенный за орбитой Нептуна .

Выход на пенсию

Художественное произведение, заказанное НАСА в ознаменование выхода на пенсию Кеплера в октябре – ноябре 2018 года.

30 октября 2018 года НАСА объявило, что космический телескоп «Кеплер», у которого закончилось топливо, после девяти лет эксплуатации и открытия более 2600 экзопланет , официально выведен из эксплуатации и будет поддерживать свою текущую безопасную орбиту вдали от космических объектов. Земля. Космический корабль был дезактивирован командой «спокойной ночи», поданной из центра управления миссией Лаборатории физики атмосферы и космоса 15 ноября 2018 года. Выход на пенсию Кеплера совпадает с 388-й годовщиной Иоганна Кеплера в 1630 году. смерти

См. также

• Kepler-22b , первая экзопланета, средняя орбитальная дистанция которой подтверждена Кеплером в пределах обитаемой зоны своей звезды.
• Список экзопланет, открытых с помощью космического корабля «Кеплер»
• Список экзопланет
• Список многопланетных систем
• Список звезд, которые странно тускнеют
• Охота за экзолунами с Кеплером
• Уильям Дж. Боруки , главный исследователь Кеплера
• Архив экзопланет НАСА , онлайн-каталог экзопланет

Другие проекты космического базирования по поиску экзопланет

• ХЕОПС (2019)
• КоРот (2006–2012 гг.)
• Гайя (с 2013 г.)
• ПланетКвест (с 2002 г.)
• ПЛАТОН (2026)
• ТЭСС (с 2018 г.)

Другие наземные проекты поиска экзопланет

• НПФ (с 2013 г.)
• ХАТНет (с 2001 г.)
• Арфы (с 2003 г.)
• НГТС (с 2015 г.)
• ПланетКвест (с 2002 г.)
• СуперВАСП (с 2002 г.)

Внешние ссылки

• Официальный сайт Исследовательского центра Эймса НАСА.
• Сайт НАСА Кеплера
• Научный центр Кеплера Исследовательского центра Эймса НАСА
• Публичный архив данных Кеплера Научного института космического телескопа
• Кеплер – Счет экзопланет ( NYT ; 30 октября 2018 г.)
• Исследование Стрёмгрена для астеросейсмологии и галактической археологии
• Видео (1:00): Кеплер Оррей V (30 октября 2018 г.) на YouTube

экзопланет Каталоги и базы данных

• Архив экзопланет НАСА
• Энциклопедия внесолнечных планет Парижской обсерватории
• Каталог обитаемых экзопланет , составленный UPR Аресибо
• Атлас новых миров NASA/JPL PlanetQuest