«Ке́плер» — космическая обсерватория НАСА , орбитальный телескоп со сверхчувствительным фотометром , специально предназначенный для поиска экзопланет (планет вне Солнечной системы — у других звёзд), подобных Земле . Это первый космический аппарат, созданный с такой целью. Он назван в честь немецкого математика и астронома Иоганна Кеплера , открывшего законы движения планет. Обсерватория могла одновременно наблюдать более чем 100 тыс. звёзд . Наличие планеты у звезды определяется по периодическим изменениям яркости последней, вызываемым 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 вводом в эксплуатацию 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 проводит основной анализ научных данных от телескопа.

Основная программа была рассчитана на 3,5 года. 12 мая 2013 года телескоп «Кеплер» вышел из строя ; орбитальная обсерватория потеряла ориентацию в пространстве, бортовой компьютер перешёл в « » . Хотя после выхода из строя маховиков точная ориентация аппарата стала невозможна, анализ данных будет продолжаться ещё несколько лет.

За три года работы телескопом «Кеплер» были сделаны важные и даже сенсационные открытия, например, были обнаружены планеты размером с Землю и меньше. Кеплер наблюдал 530 506 звезд и к 16 июня 2023 года открыл 2778 планет подтвержденных различными научными группами исследователей.

Цель программы

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 дополнительные объекты 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, примерно перпендикулярно направлению к её центру, но чуть выше плоскости Галактики (см. рисунок). Телескоп непрерывно отслеживает этот участок, находя экзопланеты по изменениям интенсивности звезды.

Поле зрения телескопа «Кеплер» ограничивается областью небесной сферы площадью 105 квадратных градусов , что равно всего лишь четверти процента площади всей небесной сферы, которая составляет 41253 квадратных градуса . Эта область затрагивает три созвездия Северного полушария небесной сферы — Лебедь , Лира и Дракон . Участок неба, наблюдаемый «Кеплером», легко найти на звёздном небе. Он связан с Летне-осенним треугольником , наиболее заметным астеризмом Северного полушария небесной сферы, хорошо видный летом и осенью в средних широтах Северного полушария Земли. В этом вытянутом равнобедренном треугольнике из трёх ярких звёзд — Вега (α Лиры), Денеб (α Лебедя) и Альтаир (α Орла) — короткая сторона (Денеб — Вега) пересекает указанный участок и сопоставима с ним по размерам.

Технические характеристики

• Габариты: 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 м ² , 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 (твердотельный накопитель) имеет ёмкость 16 Гбайт и рассчитана на сбор данных в течение 60 дней. Данные на обработку транслируются пакетами раз в 30 дней.

Фотометр

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. 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

, метровая слегка несферическая линза спереди телескопа, работала при температуре −30 °C, в то время как главное зеркало сзади — при −11 °C. ПЗС-матрица в фокальной плоскости должна была работать при температуре −85 °C для уменьшения детекторных шумов. С закрытой противопылевой крышкой во время калибровки большинство компонентов телескопа немного теплее. Работа при экстремально низких температурах не требует охлаждения сжиженным газом, а срок работы телескопа ограничивался надёжностью техники.

Ход миссии

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 .

Орбита

Телескоп выведен на почти круговую гелиоцентрическую орбиту, близкую к орбите Земли, но с несколько бо́льшим периодом обращения. Большая полуось орбиты составляет 1,0132 а.е. , эксцентриситет 0,036091, афелий 1,0498 а.е. , перигелий 0,97667 а.е. , наклонение орбиты 0,44745°, период обращения 372,53 суток , аргумент перигелия 2,9411°, средняя аномалия 41,177°, среднее угловое движение 0,96635 °/сутки . В своём движении вокруг Солнца «Кеплер» в среднем постепенно отстаёт от Земли; его расстояние до Земли на 1 июля 2017 года составляло 0,937 а.е. (140,2 млн км) .

2009

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 .

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 .

2010

4 января 2010 года было объявлено об открытии первых 5 планет ( 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 .

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 .

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 .

2011

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 .

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 .

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 ) .

2012

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 .

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

2013

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, наблюдался преимущественный рост числа кандидатов величиной менее двух размеров Земли .

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

16 мая 2013 в прессе появились сообщения о выходе из строя телескопа , однако в 2014 году инженерам удалось восстановить его работоспособность .

2014

30 мая 2014 года официально стартовала новая миссия «К2», которая представляет собой наблюдение за яркими звёздами разных участков в плоскости эклиптики в течение примерно 75 суток. Вместо третьего двигателя-маховика в качестве стабилизирующего космический аппарат фактора, в этой миссии используется давление солнечного излучения .

2015

В январе 2015 года число подтверждённых планет «Кеплера» превысило 1000. По крайней мере две ( Kepler-438 b и Kepler-442 b ) из открытых планет, анонсированных в том месяце были подобны земным и находились в зоне обитаемости . Также в январе 2015 года NASA сообщило, что 5 подтверждённых экзопланет земного типа, каждая размером меньше Венеры , были найдены на орбите звезды возрастом 11,2 миллиарда лет (80 % от возраста Вселенной ), делающим эту звёздную систему старейшей из открытых в настоящий момент .

В апреле 2015 года было объявлено о завершении кампании 4 (7 февраля — 24 апреля 2015), включающей наблюдение около 16 000 звёзд и двух примечательных рассеянных звёздных скоплений , Плеяд и Гиад .

В мае 2015 года «Кеплер» наблюдал только что открытую сверхновую , KSN 2011b ( типа 1a ), перед, в процессе и после взрыва. Детали перед взрывом сверхновой могут помочь ученым лучше понять тёмную материю .

24 июля 2015 года NASA объявило об открытии Kepler-452 b , подтверждённой экзопланеты, имеющей размер с Землю и вращающейся в обитаемой зоне звезды, похожей на наше Солнце. Эта звезда на 1,5 миллиарда лет старше, на 4 % массивнее и на 10 % ярче нашей звезды . Был выпущен седьмой каталог планет-кандидатов «Кеплера», содержащий 4696 кандидатов, увеличив число кандидатов на 521 относительно предыдущего каталога, выпущенного в январе 2015 года .

2016

10 апреля 2016 инженеры НАСА зафиксировали аварийное состояние «Кеплера». При этом телескоп автоматически стабилизировался и направил антенну на Землю, позволив инженерам получить телеметрию. 11 апреля контроль над телескопом был восстановлен .

2018

30 октября 2018 : официальный представитель NASA Пол Херц объявил о завершении миссии космической обсерватории Kepler .

15 ноября 2018 года «Кеплер» прекратил свою работу так как топлива для возврата на орбиту не хватало. В эту дату умер Иоганн Кеплер . Вероятно, NASA дождалось этого дня и отключило «Кеплер».

Результаты миссии

По состоянию на июль 2015 года подтверждена природа более 1000 планет из около 4700 кандидатов, открытых телескопом . Среди всех кандидатов 49 % имеют размеры меньше, чем 2 размера Земли . Примерно 40 % кандидатов входят в состав многопланетных систем . Кроме кандидатов в планеты, открытых группой учёных Кеплера, некоторые были открыты участниками проекта « », куда входят также и любители астрономии .

Наиболее примечательные открытия «Кеплера»

Некоторые системы с единственным гигантом, открытые «Кеплером»:

• Kepler-4 b , Kepler-5 b , Kepler-6 b , Kepler-7 b , Kepler-8 b — первые подтверждённые планеты, открытые проектом «Кеплер», являются горячими гигантами ( см. Газовая планета );
• Kepler-39 b — первый подтверждённый коричневый карлик ;
• Kepler-45 — система с первым известным короткопериодическим юпитером , обращающимся вокруг красного карлика .

Некоторые многопланетные системы, открытые «Кеплером»:

• Kepler-9 — первая многопланетная система, открытая транзитным методом ;
• Kepler-10 — система из двух суперземель, одна из которых, Kepler-10c, представляет собой самую массивную «каменную» суперземлю из всех известных экзопланет ;
• 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-223 — система с четырьмя планетами, суперземлями или нептунами, обращающимися на орбитах с взаимными резонансами 8:6:4:3;
• Kepler-37 — система, содержащая наименьшую из всех известных экзопланет: радиус Kepler-37 b составляет 0,354 земного , то есть лишь ненамного меньше радиуса Меркурия ;
• Kepler-138 — красный карлик, вокруг которого известно три транзитные планеты;
• Kepler-11 — звезда с, как минимум, шестью транзитными планетами;
• Kepler-90 — система с 8 транзитными планетами , наряду с системой HD 10180 является самой густонаселённой;
• — компактная система древней звезды класса K2V, состоящая из 5 планет с размерами меньше Земного .

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

• Kepler-47 — система с тремя транзитными планетами, которые обращаются вокруг двойной затменной звезды: одна из планет находится в общей зоне обитаемости звёздной пары ;
• ( PH1 ) — иерархическая четырёхкратная звёздная система, вокруг одной из пар которой вращается планета, которая была найдена волонтёрами проекта « » в научных данных «Кеплера», по размеру планета в 6,18 раза больше Земли.

Планеты в зоне обитаемости, обнаруженные «Кеплером»:

• Kepler-22 b — первая планета, обнаруженная телескопом в обитаемой зоне звезды: скорее всего представляет собой миниатюрный аналог Нептуна ;
• Kepler-62 — система оранжевого карлика, включающая пять планет, две из которых обращаются в обитаемой зоне и имеют размер суперземли ;
• Kepler-69 — система жёлтого карлика с двумя известными планетами, одна из которых вращается во внутреннем крае зоны обитаемости ;

• Kepler-296 — система красного карлика, по меньшей мере одна из планет (e) которого находится в зоне обитаемости ; оценка её радиуса — 1,53 ± 0,26 земных;
• Kepler-186 — пятипланетная система, включающая планету размером с Землю, обращающуюся с периодом ~130 суток на внешней кромке зоны обитаемости;
• Kepler-438 b — планета с радиусом 1,12 R ⊕ , вращающаяся в обитаемой зоне красного карлика с периодом ~35 суток ; скорее всего представляет собой аналог Венеры наряду с Kepler-395 с;
• Kepler-442 b — планета с радиусом 1,34 R ⊕ в обитаемой зоне звезды позднего спектрального класса K , обращается с периодом ~112 суток ;
• Kepler-452 b — планета с радиусом 1,6 R ⊕ , вращающаяся в обитаемой зоне похожей на Солнце звезды с периодом ~385 суток .

Другие системы, обнаруженные «Кеплером»:

• — горячая суперземля у F-субгиганта ;
• KIC 12557548 — система оранжевого карлика со светимостью 0,14 солнечных на расстоянии примерно 470 парсек , содержащая быстро испаряющуюся планету с массой 0,1 массы Земли, которая обращается с периодом 15,685 часов ;
• Kepler-78 b — планета размером с Землю, обращающаяся на орбите с одним из самых коротких периодов среди всех известных экзопланет, что делает эту планету очень горячей; ^{[ источник не указан 2766 дней ]}
• — планета размером с Нептун, которая имеет самый длинный период обращения среди известных транзитных планет, находится вблизи снеговой линии ;
• Kepler-409 b — планета с диаметром 1,19 диаметра Земли, обращающаяся с периодом 69 суток вокруг подобной Солнцу звезды: вероятно является первым наиболее точным аналогом Венеры ;
• — планета с радиусом около восьми радиусов Земли и массой около 50 земных примечательна тем, что совершает оборот вокруг родительской звезды-субгиганта всего за 4,6 дня, находясь от её центра на расстоянии всего в 3,4 раза больше звёздного радиуса. Находясь столь близко к постепенно раздувающейся звезде, планета будет разорвана приливными силами в ближайшие 150 миллионов лет .

Объекты, обнаруженные «Кеплером», имеющие непланетную природу:

• — транзитный белый карлик с массой 0,252 массы Солнца, обращающийся с периодом 5,19 суток вокруг A1V звезды;
• KOI-256 — тесная двойная система , состоящая из белого карлика и красного карлика , вращающихся вокруг общего центра масс за 1,38 суток .

См. также

• TESS
• Kepler object of interest

Примечания

Ссылки

• от 23 января 2016 на Wayback Machine
• от 11 февраля 2011 на Wayback Machine