Космический телескоп «Кеплер» — недействующий космический телескоп, запущенный НАСА в 2009 году [5] для открытия планет размером с Землю, вращающихся вокруг других звезд . [6] [7] Названный в честь астронома Иоганна Кеплера [8] , космический аппарат был запущен на гелиоцентрическую орбиту , следующую за Землей . Главным исследователем был Уильям Дж. Боруки . После девяти с половиной лет работы топливо системы управления реакцией телескопа было исчерпано, и 30 октября 2018 года НАСА объявило о его закрытии. [9] [10]
Разработанный для исследования части земного региона Млечного Пути , чтобы обнаружить экзопланеты размером с Землю в обитаемых зонах или вблизи них , а также оценить, сколько из миллиардов звезд в Млечном Пути имеют такие планеты, [6] [11] [12] Единственный научный инструмент Кеплера - это фотометр , который непрерывно отслеживал яркость приблизительно 150 000 звезд главной последовательности в фиксированном поле зрения. [13] Эти данные были переданы на Землю, затем проанализированы для обнаружения периодического затемнения, вызванного экзопланетами, которые пересекают перед своей звездой-хозяином. Удалось обнаружить только планеты, орбиты которых видны с ребра с Земли. Кеплер наблюдал 530 506 звезд и обнаружил 2778 подтвержденных планет по состоянию на 16 июня 2023 года. [14] [15]
Космический телескоп Kepler был частью программы NASA Discovery Program, которая включала сравнительно недорогие научные миссии. Строительство телескопа и его начальная эксплуатация были организованы Лабораторией реактивного движения NASA , а Ball Aerospace отвечала за разработку системы полета Kepler. [16]
В январе 2006 года запуск проекта был отложен на восемь месяцев из-за сокращения бюджета и консолидации в NASA. [17] Он был снова отложен на четыре месяца в марте 2006 года из-за финансовых проблем. [17] В это время конструкция антенны с высоким коэффициентом усиления была изменена с карданного на ту, которая была закреплена на раме космического корабля, чтобы снизить стоимость и сложность, за счет одного дня наблюдений в месяц. [18]
Исследовательский центр Эймса отвечал за разработку наземной системы, операции миссии с декабря 2009 года и научный анализ данных. Первоначально запланированный срок службы составлял три с половиной года, [19] но больший, чем ожидалось, шум в данных , как от звезд, так и от космического корабля, означал, что для выполнения всех целей миссии требовалось дополнительное время. Первоначально, в 2012 году, ожидалось, что миссия будет продлена до 2016 года, [20] но 14 июля 2012 года одно из четырех маховиков, используемых для наведения космического корабля, перестало вращаться, и завершение миссии стало возможным только в том случае, если все три других останутся надежными. [21] Затем, 11 мая 2013 года, второй вышел из строя, что помешало сбору научных данных [22] и поставило под угрозу продолжение миссии. [23]
15 августа 2013 года НАСА объявило, что они отказались от попыток починить два неисправных маховика. Это означало, что текущую миссию необходимо было изменить, но это не обязательно означало конец охоты за планетами. НАСА попросило космическое научное сообщество предложить альтернативные планы миссий, «потенциально включающие поиск экзопланет, используя оставшиеся два исправных маховика и двигатели». [24] [25] [26] [27] 18 ноября 2013 года было сообщено о предложении K2 «Второй свет». Оно включало бы использование отключенного Кеплера таким образом, чтобы можно было обнаруживать пригодные для жизни планеты вокруг меньших, более тусклых красных карликов . [28] [29] [30] [31] 16 мая 2014 года НАСА объявило об одобрении расширения K2. [32]
К январю 2015 года Кеплер и его последующие наблюдения обнаружили 1013 подтвержденных экзопланет примерно в 440 звездных системах , а также еще 3199 неподтвержденных кандидатов на роль планет. [B] [33] [34] Четыре планеты были подтверждены в ходе миссии Кеплера K2. [35] В ноябре 2013 года астрономы подсчитали, основываясь на данных космической миссии Кеплера, что в обитаемых зонах звезд , подобных Солнцу , и красных карликов в пределах Млечного Пути может вращаться до 40 миллиардов каменистых экзопланет размером с Землю . [36] [37] [38] Предполагается, что 11 миллиардов из этих планет могут вращаться вокруг звезд, подобных Солнцу. [39] По словам ученых, ближайшая такая планета может находиться на расстоянии 3,7 парсека (12 световых лет ). [36] [37]
6 января 2015 года НАСА объявило о 1000-й подтвержденной экзопланете, обнаруженной космическим телескопом Кеплер. Четыре из недавно подтвержденных экзопланет были обнаружены на орбитах в обитаемых зонах своих родственных звезд : три из четырех, Kepler-438b , Kepler-442b и Kepler-452b , почти размером с Землю и, вероятно, каменистые; четвертая, Kepler-440b , является суперземлей . [40] 10 мая 2016 года НАСА подтвердило 1284 новых экзопланеты, обнаруженных Кеплером, что является крупнейшим открытием планет на сегодняшний день. [41] [42] [43]
Данные Кеплера также помогли ученым наблюдать и понимать сверхновые ; измерения проводились каждые полчаса, поэтому кривые блеска были особенно полезны для изучения этих типов астрономических событий. [44]
30 октября 2018 года, после того как у космического корабля закончилось топливо, НАСА объявило, что телескоп будет выведен из эксплуатации. [45] Телескоп был закрыт в тот же день, положив конец его девятилетней службе. За время своего существования Кеплер наблюдал 530 506 звезд и открыл 2662 экзопланеты. [15] Новая миссия НАСА, TESS , запущенная в 2018 году, продолжает поиск экзопланет. [46]
.jpg/1280px-Kepler_in_Astrotech's_Hazardous_Processing_Facility_(KSC-2009-1645).jpg)
Телескоп имеет массу 1039 килограммов (2291 фунт) и содержит камеру Шмидта с 0,95-метровой (37,4 дюйма) передней корректирующей пластиной (линзой), питающей 1,4-метровое (55 дюймов) главное зеркало — на момент его запуска это было самое большое зеркало на любом телескопе за пределами околоземной орбиты, [47] хотя Космическая обсерватория Гершеля взяла этот титул несколько месяцев спустя. Его телескоп имеет поле зрения (FoV) 115 градусов 2 (диаметр около 12 градусов) , что примерно эквивалентно размеру кулака, удерживаемого на расстоянии вытянутой руки. Из этого 105 градусов 2 имеют научное качество, с виньетированием менее 11 % . Фотометр имеет мягкую фокусировку для обеспечения превосходной фотометрии , а не резких изображений. Целью миссии было достижение комбинированной дифференциальной фотометрической точности (CDPP) 20 ppm для звезды, подобной Солнцу, с m (V)=12 за 6,5-часовую интеграцию, хотя наблюдения не достигли этой цели (см. статус миссии).
Фокальная плоскость камеры космического корабля состоит из сорока двух ПЗС-матриц размером 50 × 25 мм (2 × 1 дюйм) с разрешением 2200 × 1024 пикселей каждая, обладающих общим разрешением 94,6 мегапикселей , [48] [49] что на тот момент сделало ее крупнейшей системой камер, запущенной в космос. [19] Массив охлаждался тепловыми трубками, подключенными к внешнему радиатору. [1] ПЗС-матрицы считывались каждые 6,5 секунд (для ограничения насыщения) и совместно добавлялись на борту в течение 58,89 секунд для целей с короткими каденциями и 1765,5 секунд (29,4 минуты) для целей с длинными каденциями. [50] Из-за больших требований к полосе пропускания для первых их количество было ограничено 512 по сравнению с 170 000 для целей с длинными каденциями. Однако, даже несмотря на то, что при запуске Kepler имел самую высокую скорость передачи данных среди всех миссий NASA, [ требуется цитата ] 29-минутные суммы всех 95 миллионов пикселей составили больше данных, чем можно было сохранить и отправить обратно на Землю. Поэтому научная группа предварительно выбрала соответствующие пиксели, связанные с каждой интересующей звездой, что составило около 6 процентов пикселей (5,4 мегапикселя). Затем данные из этих пикселей были повторно квантованы, сжаты и сохранены вместе с другими вспомогательными данными на бортовом твердотельном регистраторе емкостью 16 гигабайт. Данные, которые были сохранены и переданы, включают научные звезды, звезды p-режима , размытие, уровень черного, фон и изображения полного поля зрения. [1] [51]
Диаметр главного зеркала телескопа Kepler составляет 1,4 метра (4,6 фута). Изготовленное производителем стекла Corning с использованием стекла со сверхнизким коэффициентом расширения (ULE) , зеркало специально разработано так, чтобы иметь массу всего 14% от массы цельного зеркала того же размера. [52] [53] Для создания системы космического телескопа с достаточной чувствительностью для обнаружения относительно небольших планет, когда они проходят перед звездами, требовалось очень высокоотражающее покрытие на главном зеркале. Используя ионное испарение , Surface Optics Corp. нанесла защитное девятислойное серебряное покрытие для улучшения отражения и диэлектрическое интерференционное покрытие для минимизации образования цветовых центров и поглощения атмосферной влаги. [54] [55]
С точки зрения фотометрических характеристик, Kepler работал хорошо, намного лучше, чем любой наземный телескоп, но не достигал проектных целей. Целью была комбинированная дифференциальная фотометрическая точность (CDPP) в 20 частей на миллион (PPM) на звезде величиной 12 для 6,5-часовой интеграции. Эта оценка была разработана с учетом 10 ppm для звездной изменчивости, примерно значение для Солнца. Полученная точность для этого наблюдения имеет широкий диапазон, в зависимости от звезды и положения на фокальной плоскости, со средним значением 29 ppm. Большая часть дополнительного шума, по-видимому, связана с большей, чем ожидалось, изменчивостью самих звезд (19,5 ppm в отличие от предполагаемых 10,0 ppm), а остальная часть — с инструментальными источниками шума, немного большими, чем прогнозировалось. [56] [48]
Поскольку уменьшение яркости от планеты размером с Землю, проходящей через звезду, подобную Солнцу, настолько мало, всего 80 ppm, повышенный шум означает, что каждый отдельный транзит является всего лишь событием 2,7 σ вместо предполагаемых 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, в отличие от первоначально запланированных 3,5 лет. [57] 4 апреля 2012 года было одобрено продление миссии Kepler до 2016 финансового года, [20] [58], но это также зависело от того, останутся ли все оставшиеся маховики исправными, что оказалось не так (см. Проблемы с маховиками ниже).
Кеплер вращается вокруг Солнца , [59] [60], что позволяет избежать затмений Земли , рассеянного света, а также гравитационных возмущений и моментов, присущих орбите Земли.
NASA охарактеризовало орбиту Кеплера как «следующую за Землей». [61] С орбитальным периодом 372,5 дня Кеплер медленно отстает от Земли (примерно на 16 миллионов миль в год). По состоянию на 1 мая 2018 года [обновлять]расстояние от Земли до Кеплера составляло около 0,917 а.е. (137 миллионов км). [3] Это означает, что примерно через 26 лет Кеплер достигнет другой стороны Солнца и вернется в окрестности Земли через 51 год.
До 2013 года фотометр указывал на область в северных созвездиях Лебедя, Лиры и Дракона , которая находится далеко за пределами плоскости эклиптики , так что солнечный свет никогда не попадает в фотометр, когда космический аппарат вращается по орбите. [1] 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 измерения вращений с помощью датчиков точного наведения, расположенных в фокальной плоскости прибора (вместо гироскопов, измеряющих скорость, например, используемых на Хаббле ) [1] , а также с помощью реактивных колес и гидразиновых двигателей [62] для управления ориентацией.
Kepler эксплуатировался из Боулдера, штат Колорадо , Лабораторией физики атмосферы и космоса (LASP) по контракту с Ball Aerospace & Technologies . Солнечная батарея космического корабля была повернута к Солнцу в дни солнцестояний и равноденствий , чтобы оптимизировать количество солнечного света, падающего на солнечную батарею, и удерживать тепловой радиатор направленным в сторону дальнего космоса. [1] Вместе LASP и Ball Aerospace управляли космическим кораблем из центра управления миссией, расположенного в исследовательском кампусе Университета Колорадо . LASP выполняет основное планирование миссии и первоначальный сбор и распространение научных данных. Первоначальная стоимость жизненного цикла миссии оценивалась в 600 миллионов долларов США, включая финансирование в течение 3,5 лет работы. [1] В 2012 году NASA объявило, что миссия Kepler будет финансироваться до 2016 года из расчета около 20 миллионов долларов США в год. [20]
NASA связывалось с космическим аппаратом, используя канал связи X-диапазона , дважды в неделю для получения команд и обновлений статуса. Научные данные загружаются раз в месяц с использованием канала связи K - диапазона с максимальной скоростью передачи данных приблизительно 550 кБ/с . Антенна с высоким коэффициентом усиления неуправляема, поэтому сбор данных прерывается на день, чтобы переориентировать весь космический аппарат и антенну с высоким коэффициентом усиления для связи с Землей. [1] : 16
Космический телескоп «Кеплер» провел собственный частичный анализ на борту и передал только те научные данные, которые считал необходимыми для миссии, чтобы сохранить пропускную способность. [63]
Научные данные телеметрии, собранные во время операций миссии в LASP, отправляются для обработки в Центр управления данными Kepler (DMC), который расположен в Научном институте космического телескопа в кампусе Университета Джонса Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд . Научные данные телеметрии декодируются и обрабатываются в некалиброванные продукты научных данных формата FITS DMC, которые затем передаются в Центр научных операций (SOC) в Исследовательском центре Эймса NASA для калибровки и окончательной обработки. SOC в Исследовательском центре Эймса NASA (ARC) разрабатывает и эксплуатирует инструменты, необходимые для обработки научных данных для использования Научным офисом Kepler (SO). Соответственно, SOC разрабатывает программное обеспечение для обработки данных конвейера на основе научных алгоритмов, разработанных совместно SO и SOC. Во время операций SOC: [64]
SOC также оценивает фотометрические характеристики на постоянной основе и предоставляет показатели производительности SO и Mission Management Office. Наконец, SOC разрабатывает и поддерживает научные базы данных проекта, включая каталоги и обработанные данные. Наконец, SOC возвращает откалиброванные продукты данных и научные результаты обратно в DMC для долгосрочного архивирования и распространения среди астрономов по всему миру через Multimission Archive в STScI (MAST).
14 июля 2012 года отказало одно из четырех колес-реактиваторов, используемых для точного наведения космического корабля. [65] В то время как для точного наведения телескопа «Кеплеру» требуется всего три колеса-реактиватора, еще один отказ лишит космический корабль возможности нацеливаться на исходное поле. [66]
После выявления некоторых проблем в январе 2013 года, второе колесо реакции вышло из строя 11 мая 2013 года, завершив основную миссию 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 неисправных колес. К 15 августа 2013 года было решено, что колеса не подлежат восстановлению, [24] [25] [26] и был заказан инженерный отчет для оценки оставшихся возможностей космического корабля. [24]
Эти усилия в конечном итоге привели к созданию последующей миссии «К2», которая наблюдала за различными полями вблизи эклиптики.
В январе 2006 года запуск проекта был отложен на восемь месяцев из-за сокращения бюджета и консолидации в NASA. [17] Он был снова отложен на четыре месяца в марте 2006 года из-за финансовых проблем. [17] В это время антенна с высоким коэффициентом усиления была изменена с карданной на антенну, закрепленную на 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. [2] [5] Запуск прошел успешно, и все три этапа были завершены к 04:55 UTC. Крышка телескопа была сброшена 7 апреля 2009 года, и первые световые изображения были получены на следующий день. [67] [68]
20 апреля 2009 года было объявлено, что научная группа Кеплера пришла к выводу, что дальнейшее совершенствование фокуса значительно увеличит научную отдачу. [69] 23 апреля 2009 года было объявлено, что фокус был успешно оптимизирован путем перемещения главного зеркала на 40 микрометров (1,6 тысячных дюйма) по направлению к фокальной плоскости и наклона главного зеркала на 0,0072 градуса. [70]
13 мая 2009 года в 00:01 UTC «Кеплер» успешно завершил этап ввода в эксплуатацию и начал поиск планет вокруг других звезд. [71] [72]
19 июня 2009 года космический аппарат успешно отправил свои первые научные данные на Землю. Было обнаружено, что Kepler перешел в безопасный режим 15 июня. Второе событие безопасного режима произошло 2 июля. В обоих случаях событие было вызвано сбросом процессора . Космический аппарат возобновил нормальную работу 3 июля, и научные данные, которые были собраны с 19 июня, были переданы в тот же день. [73] 14 октября 2009 года причиной этих событий безопасности было определено низкое напряжение источника питания, который обеспечивает питание процессора RAD750 . [74] 12 января 2010 года одна часть фокальной плоскости передала аномальные данные, что указывает на проблему с модулем фокальной плоскости MOD-3, охватывающим две из 42 ПЗС-матриц Kepler . По состоянию на октябрь 2010 года [обновлять]модуль был описан как «вышедший из строя», но покрытие все еще превышало научные цели. [75]
Kepler передавал около двенадцати гигабайт данных [76] примерно раз в месяц. [77]
У Kepler фиксированное поле зрения (FOV) на фоне неба. На схеме справа показаны небесные координаты и расположение полей детекторов, а также расположение нескольких ярких звезд с небесным севером в верхнем левом углу. На веб-сайте миссии есть калькулятор [78] , который определит, попадает ли данный объект в FOV, и если да, то где он появится в потоке выходных данных фотодетектора. Данные о кандидатах в экзопланеты отправляются в Программу наблюдения за Kepler , или KFOP, для проведения последующих наблюдений.
Поле зрения Кеплера охватывает 115 квадратных градусов , около 0,25 процента неба, или «примерно два черпака Большой Медведицы». Таким образом, для покрытия всего неба потребовалось бы около 400 телескопов типа Кеплера. [79] Поле зрения Кеплера содержит части созвездий Лебедя , Лиры и Дракона .
Ближайшая звездная система в поле зрения Кеплера — это тройная звездная система Gliese 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 в основном в инфракрасном диапазоне длин волн.
Научной целью космического телескопа «Кеплер» было изучение структуры и разнообразия планетных систем . [80] Этот космический аппарат наблюдает за большой выборкой звезд для достижения нескольких ключевых целей:
Большинство экзопланет , ранее обнаруженных другими проектами, были гигантскими планетами , в основном размером с Юпитер и больше. Kepler был разработан для поиска планет в 30–600 раз менее массивных, ближе к порядку массы Земли (Юпитер в 318 раз массивнее Земли). Используемый метод, транзитный метод , включает наблюдение за повторными транзитами планет перед их звездами, что вызывает небольшое уменьшение видимой звездной величины звезды , порядка 0,01% для планеты размером с Землю. Степень этого уменьшения яркости может быть использована для определения диаметра планеты, а интервал между транзитами может быть использован для определения орбитального периода планеты, из которого могут быть рассчитаны оценки ее большой орбитальной полуоси (с использованием законов Кеплера ) и ее температуры (с использованием моделей звездного излучения). [ необходима цитата ]
Вероятность того, что случайная планетарная орбита будет находиться вдоль линии прямой видимости звезды, равна диаметру звезды, деленному на диаметр орбиты. [82] Для планеты размером с Землю на расстоянии 1 а.е., проходящей мимо звезды, подобной Солнцу, вероятность составляет 0,47%, или около 1 из 210. [82] Для планеты, подобной Венере, вращающейся вокруг звезды, подобной Солнцу, вероятность немного выше и составляет 0,65%; [82] Если у звезды-хозяина есть несколько планет, вероятность дополнительных обнаружений выше, чем вероятность первоначального обнаружения, если предположить, что планеты в данной системе имеют тенденцию вращаться в схожих плоскостях — предположение, согласующееся с современными моделями формирования планетных систем. [82] Например, если миссия, подобная Кеплеру , проводимая инопланетянами, наблюдала прохождение Земли мимо Солнца, существует 7% вероятность того, что она также увидит прохождение Венеры . [82]
Поле зрения Кеплера в 115 градусов 2 дает ему гораздо более высокую вероятность обнаружения планет размером с Землю, чем космический телескоп Хаббл , поле зрения которого составляет всего 10 квадратных угловых минут . Более того, Кеплер посвящен обнаружению планетарных транзитов, в то время как космический телескоп Хаббл используется для решения широкого круга научных вопросов и редко смотрит непрерывно только на одно звездное поле. Из примерно полумиллиона звезд в поле зрения Кеплера около 150 000 звезд были выбраны для наблюдения. Более 90 000 являются звездами G-типа на главной последовательности или вблизи нее . Таким образом, Кеплер был разработан так, чтобы быть чувствительным к длинам волн 400–865 нм, где яркость этих звезд достигает пика. Большинство звезд, наблюдаемых Кеплером, имеют видимую визуальную величину между 14 и 16, но самые яркие наблюдаемые звезды имеют видимую визуальную величину 8 или ниже. Первоначально не ожидалось, что большинство кандидатов на роль планет будут подтверждены, поскольку они были слишком слабыми для последующих наблюдений. [83] Все выбранные звезды наблюдаются одновременно, а космический аппарат измеряет изменения их яркости каждые тридцать минут. Это обеспечивает большую вероятность наблюдения транзита. Миссия была разработана для максимизации вероятности обнаружения планет, вращающихся вокруг других звезд. [1] [84]
Поскольку Kepler должен наблюдать по крайней мере три транзита, чтобы подтвердить, что затемнение звезды было вызвано транзитной планетой, и поскольку более крупные планеты дают сигнал, который легче проверить, ученые ожидали, что первыми сообщенными результатами будут более крупные планеты размером с Юпитер на тесных орбитах. Первые из них были сообщены всего через несколько месяцев работы. Более мелкие планеты и планеты, более удаленные от своего солнца, займут больше времени, а открытие планет, сопоставимых с Землей, как ожидалось, займет три года или больше. [59]
Данные, собранные Кеплером, также используются для изучения переменных звезд различных типов и проведения астросейсмологии , [85] особенно звезд, демонстрирующих колебания, подобные солнечным . [86]
После того, как Kepler собрал и отправил данные, строятся необработанные кривые блеска. Затем значения яркости корректируются, чтобы учесть изменения яркости из-за вращения космического корабля. Следующий шаг — обработка (сворачивание) кривых блеска в более легко наблюдаемую форму и предоставление программному обеспечению возможности выбирать сигналы, которые кажутся потенциально транзитными. На этом этапе любой сигнал, который показывает потенциальные транзитные особенности, называется событием пересечения порога. Эти сигналы индивидуально проверяются в двух раундах проверки, причем первый раунд занимает всего несколько секунд на цель. Эта проверка устраняет ошибочно выбранные несигналы, сигналы, вызванные инструментальным шумом и очевидными затменными двойными. [87]
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. Те, которые проходят диспозицию, называются кандидатами на планеты Кеплера. Архив KOI не является статичным, что означает, что кандидат на планеты Кеплера может оказаться в списке ложноположительных при дальнейшей проверке. В свою очередь, KOI, которые были ошибочно классифицированы как ложноположительные, могут снова оказаться в списке кандидатов. [88]
Не все кандидаты в планеты проходят этот процесс. Циркумбинарные планеты не показывают строго периодических транзитов и должны быть проверены другими методами. Кроме того, сторонние исследователи используют другие методы обработки данных или даже ищут кандидатов в планеты из необработанных данных кривой блеска. Как следствие, эти планеты могут не иметь обозначения KOI.
После того, как на основе данных «Кеплера» будут найдены подходящие кандидаты, необходимо исключить ложноположительные результаты с помощью последующих тестов.
Обычно кандидаты на роль планеты Kepler снимаются индивидуально с помощью более продвинутых наземных телескопов, чтобы разрешить любые фоновые объекты, которые могут загрязнить яркостную характеристику транзитного сигнала. [90] Другим методом исключения кандидатов на роль планеты является астрометрия , для которой Kepler может собирать хорошие данные, хотя это и не было целью проектирования. Хотя Kepler не может обнаруживать объекты планетарной массы с помощью этого метода, его можно использовать для определения того, был ли транзит вызван объектом звездной массы. [91]
Существует несколько различных методов обнаружения экзопланет, которые помогают исключить ложные срабатывания, предоставляя дополнительные доказательства того, что кандидат является реальной 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 современные спектрографы недостаточны для подтверждения планетарных кандидатов с небольшой массой вокруг относительно тусклых звезд, этот метод можно использовать для обнаружения дополнительных массивных нетранзиторных планетных кандидатов вокруг целевых звезд. [ необходима цитата ]
В многопланетных системах планеты часто можно подтвердить через изменение времени транзита , посмотрев на время между последовательными транзитами, которое может меняться, если планеты гравитационно возмущены друг другом. Это помогает подтвердить относительно маломассивные планеты, даже когда звезда находится относительно далеко. Изменения времени транзита указывают на то, что две или более планет принадлежат к одной и той же планетной системе. Есть даже случаи, когда нетранзиторная планета также обнаруживается таким образом. [92]
Циркумбинарные планеты показывают гораздо большие вариации времени транзита между транзитами, чем планеты, гравитационно возмущенные другими планетами. Время их транзита также значительно варьируется. Время транзита и вариации продолжительности для циркумбинарных планет вызваны орбитальным движением родительских звезд, а не другими планетами. [93] Кроме того, если планета достаточно массивна, она может вызывать небольшие вариации орбитальных периодов родительских звезд. Несмотря на то, что найти циркумбинарные планеты сложнее из-за их непериодических транзитов, подтвердить их гораздо проще, поскольку временные закономерности транзитов не могут быть имитированы затменной двойной или фоновой звездной системой. [94]
В дополнение к транзитам, планеты, вращающиеся вокруг своих звезд, испытывают изменения отраженного света — как Луна , они проходят фазы от полной до новой и обратно. Поскольку Кеплер не может разрешить планету от звезды, он видит только объединенный свет, а яркость звезды-хозяина, по-видимому, меняется на каждой орбите периодическим образом. Хотя эффект невелик — фотометрическая точность, необходимая для того, чтобы увидеть близкую гигантскую планету, примерно такая же, как для обнаружения планеты размером с Землю, проходящей через звезду солнечного типа — планеты размером с Юпитер с орбитальным периодом в несколько дней или меньше обнаруживаются чувствительными космическими телескопами, такими как Кеплер. В долгосрочной перспективе этот метод может помочь найти больше планет, чем транзитный метод, поскольку изменение отраженного света с орбитальной фазой в значительной степени не зависит от наклона орбиты планеты и не требует, чтобы планета проходила перед диском звезды. Кроме того, фазовая функция гигантской планеты также является функцией ее тепловых свойств и атмосферы, если таковая имеется. Следовательно, фазовая кривая может ограничивать другие планетарные свойства, такие как распределение размеров частиц атмосферных частиц. [95]
Фотометрическая точность Кеплера часто достаточно высока, чтобы наблюдать изменения яркости звезды, вызванные доплеровским излучением или деформацией формы звезды компаньоном. Иногда их можно использовать для исключения кандидатов на горячие юпитеры как ложных положительных результатов, вызванных звездой или коричневым карликом, когда эти эффекты слишком заметны. [96] Однако есть некоторые случаи, когда такие эффекты обнаруживаются даже компаньонами планетарной массы, такими как TrES-2b . [97]
Если планету невозможно обнаружить хотя бы одним из других методов обнаружения, ее можно подтвердить, определив, является ли вероятность того, что кандидат Kepler является реальной планетой, значительно большей, чем любые ложноположительные сценарии вместе взятые. Одним из первых методов было выяснить, могут ли другие телескопы также увидеть транзит. Первой планетой, подтвержденной с помощью этого метода, была Kepler-22b , которая также наблюдалась с помощью космического телескопа Spitzer в дополнение к анализу любых других ложноположительных возможностей. [98] Такое подтверждение является дорогостоящим, поскольку малые планеты, как правило, 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 на планеты, то, скорее всего, это настоящая планетная система. [99] Транзитные сигналы по-прежнему должны соответствовать нескольким критериям, которые исключают ложноположительные сценарии. Например, она должна иметь значительное отношение сигнал/шум, у нее должно быть не менее трех наблюдаемых транзитов, орбитальная устойчивость этих систем должна быть стабильной, а кривая транзита должна иметь форму, которую частично затмевающие двойные не могли бы имитировать транзитный сигнал. Кроме того, ее орбитальный период должен быть 1,6 дня или больше, чтобы исключить распространенные ложноположительные результаты, вызванные затмевающими двойными. [100] Метод проверки по множественности очень эффективен и позволяет подтвердить сотни кандидатов Кеплера за относительно короткий промежуток времени.
Разработан новый метод проверки с использованием инструмента PASTIS. Он позволяет подтвердить планету, даже если было обнаружено только одно событие транзита-кандидата для звезды-хозяина. Недостатком этого инструмента является то, что он требует относительно высокого отношения сигнал/шум от данных Kepler , поэтому он может в основном подтверждать только более крупные планеты или планеты вокруг тихих и относительно ярких звезд. В настоящее время анализ кандидатов Kepler с помощью этого метода находится в процессе выполнения. [101] PASTIS впервые успешно подтвердил планету Kepler-420b. [102]
В апреле 2012 года независимая группа старших ученых НАСА рекомендовала продолжить миссию Кеплера до 2016 года. Согласно старшему обзору, наблюдения Кеплера должны были продолжаться по крайней мере до 2015 года, чтобы достичь всех заявленных научных целей. [103] 14 ноября 2012 года НАСА объявило о завершении основной миссии Кеплера и начале его расширенной миссии, которая завершилась в 2018 году, когда у него закончилось топливо. [104]
В июле 2012 года одно из четырех колес реакции Кеплера (колесо 2) вышло из строя. [24] 11 мая 2013 года второе колесо (колесо 4) вышло из строя, поставив под угрозу продолжение миссии, так как для его охоты за планетами необходимы три колеса. [22] [23] Кеплер не собирал научные данные с мая, поскольку он не мог указывать с достаточной точностью. [105] 18 и 22 июля были испытаны колеса реакции 4 и 2 соответственно; колесо 4 вращалось только против часовой стрелки, но колесо 2 работало в обоих направлениях, хотя и со значительно повышенным уровнем трения. [106] Дальнейшее испытание колеса 4 25 июля позволило добиться двунаправленного вращения. [107] Однако оба колеса показали слишком большое трение, чтобы быть полезными. [26] 2 августа НАСА объявило о приеме предложений по использованию оставшихся возможностей Кеплера для других научных миссий. Начиная с 8 августа проводилась 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. [24] Колесо 4 ранее было исключено, поскольку оно показало более высокий уровень трения, чем колесо 2 в предыдущих испытаниях. [107] Отправка астронавтов для ремонта Кеплера невозможна, поскольку он вращается вокруг Солнца и находится в миллионах километров от Земли. [26]
15 августа 2013 года НАСА объявило, что Kepler не будет продолжать поиск планет с использованием транзитного метода после того, как попытки решить проблемы с двумя из четырех маховиков не увенчались успехом. [24] [25] [26] Был заказан технический отчет для оценки возможностей космического корабля, его двух хороших маховиков и его двигателей. [24] Одновременно было проведено научное исследование, чтобы определить, можно ли получить достаточно знаний из ограниченных возможностей Kepler, чтобы оправдать его стоимость в размере 18 миллионов долларов в год.
Возможные идеи включали поиск астероидов и комет, поиск доказательств сверхновых и обнаружение огромных экзопланет с помощью гравитационного микролинзирования . [26] Другое предложение состояло в том, чтобы модифицировать программное обеспечение на Кеплер, чтобы компенсировать отключенные маховики реакции. Вместо того, чтобы звезды были фиксированными 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. [108]
Ранее собранные данные продолжали анализироваться. [109]
В ноябре 2013 года был представлен на рассмотрение новый план миссии под названием K2 «Второй свет». [29] [30] [31] [110] K2 будет включать использование оставшихся возможностей Kepler, 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 , ...», а также для поиска и изучения большего количества экзопланет . [29] [30] [110] В этом предлагаемом плане миссии Kepler будет искать гораздо большую область в плоскости орбиты Земли вокруг Солнца . [29] [30] [110] Небесные объекты, включая экзопланеты, звезды и другие, обнаруженные миссией K2, будут связаны с аббревиатурой EPIC , что означает Ecliptic Plane Input Catalog (Каталог входных данных в плоскость эклиптики) .
В начале 2014 года космический аппарат успешно прошел испытания для миссии K2. [112] С марта по май 2014 года данные из нового поля под названием Поле 0 собирались в качестве тестового запуска. [113] 16 мая 2014 года НАСА объявило об одобрении расширения миссии Kepler до миссии K2. [32] Фотометрическая точность Kepler для миссии K2 оценивалась в 50 ppm на звезде 12-й величины для 6,5-часовой интеграции. [114] В феврале 2014 года фотометрическая точность для миссии K2 с использованием двухколесных операций с высокой точностью была измерена как 44 ppm на звездах 12-й величины для 6,5-часовой интеграции. Анализ этих измерений НАСА предполагает, что фотометрическая точность K2 приближается к архиву данных Kepler с тремя колесами и высокой точностью. [115]
29 мая 2014 года были опубликованы и подробно описаны поля кампании от 0 до 13. [116]
Поле 1 миссии K2 направлено в сторону области неба Лев - Дева , в то время как поле 2 направлено в сторону области «головы» Скорпиона и включает два шаровых скопления, Мессье 4 и Мессье 80 , [117] и часть ассоциации Скорпиона-Центавра , возраст которой составляет всего около 11 миллионов лет [118] и которая находится на расстоянии 120–140 парсеков (380–470 световых лет ) [119] и, вероятно, насчитывает более 1000 членов. [120]
18 декабря 2014 года НАСА объявило, что миссия K2 обнаружила свою первую подтвержденную экзопланету, суперземлю под названием HIP 116454 b . Ее сигнатура была обнаружена в наборе инженерных данных, предназначенных для подготовки космического корабля к полной миссии K2 . Последующие наблюдения за радиальной скоростью были необходимы, поскольку был обнаружен только один транзит планеты. [121]
Во время запланированного контакта 7 апреля 2016 года было обнаружено, что Kepler работает в аварийном режиме, самом низком рабочем режиме и самом энергозатратном режиме. Операции миссии объявили чрезвычайную ситуацию на космическом корабле, что предоставило им приоритетный доступ к сети Deep Space Network NASA . [122] [123] К вечеру 8 апреля космический корабль был модернизирован до безопасного режима, а 10 апреля он был переведен в состояние точечного покоя, [124] стабильный режим, который обеспечивает нормальную связь и минимальный расход топлива. [122] На тот момент причина чрезвычайной ситуации была неизвестна, но не считалось, что причиной были реактивные маховики Kepler или запланированный маневр для поддержки кампании 9 K2 . Операторы загрузили и проанализировали технические данные с космического корабля, отдав приоритет возвращению к нормальным научным операциям. [122] [125] Kepler был возвращен в научный режим 22 апреля. [126] Чрезвычайная ситуация привела к сокращению первой половины кампании 9 на две недели. [127]
В июне 2016 года НАСА объявило о продлении миссии K2 еще на три года, сверх ожидаемого исчерпания бортового топлива в 2018 году. [128] В августе 2018 года НАСА вывело космический аппарат из спящего режима, применило измененную конфигурацию для решения проблем с двигателями, которые ухудшали производительность наведения, и начало собирать научные данные для 19-й наблюдательной кампании, обнаружив, что бортовое топливо еще не было полностью исчерпано. [129]
30 октября 2018 года НАСА объявило, что у космического корабля закончилось топливо и его миссия официально завершена. [130]
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 короткопериодическими планетами. По мере продолжения миссии были обнаружены дополнительные кандидаты с более длинным периодом. По состоянию на ноябрь 2018 года [обновлять]«Кеплер» открыл 5011 кандидатов в экзопланеты и 2662 подтвержденных экзопланеты. [131] [132] По состоянию на август 2022 года осталось подтвердить 2056 кандидатов в экзопланеты, и 2711 из них уже подтверждены как экзопланеты. [133]
6 августа 2009 года НАСА провело пресс-конференцию, чтобы обсудить первые научные результаты миссии «Кеплер». [134] На этой пресс-конференции было объявлено, что «Кеплер» подтвердил существование ранее известной транзитной экзопланеты HAT-P-7b и функционирует достаточно хорошо, чтобы обнаруживать планеты размером с Землю. [135] [136]
Поскольку обнаружение планет Кеплером зависит от наблюдения очень малых изменений яркости, звезды, которые сами по себе меняют яркость ( переменные звезды ), бесполезны в этом поиске. [77] По данным за первые несколько месяцев ученые Кеплера определили, что около 7500 звезд из первоначального списка целей являются такими переменными звездами. Они были исключены из списка целей и заменены новыми кандидатами. 4 ноября 2009 года проект Кеплера публично опубликовал кривые блеска исключенных звезд. [137] Первый новый кандидат на планету, обнаруженный Кеплером, изначально был отмечен как ложноположительный из-за неопределенности в массе его родительской звезды. Однако он был подтвержден десять лет спустя и теперь обозначен как Kepler-1658b . [138] [139]
Данные за первые шесть недель выявили пять ранее неизвестных планет, все из которых находятся очень близко к своим звездам. [140] [141] Среди примечательных результатов — одна из наименее плотных планет, когда-либо обнаруженных, [142] два маломассивных белых карлика [143] , которые первоначально были отнесены к новому классу звездных объектов, [144] и Kepler-16b , хорошо охарактеризованная планета, вращающаяся вокруг двойной звезды.
15 июня 2010 года миссия Kepler опубликовала данные по всем, кроме 400 из ~156 000 целевых планетарных звезд для общественности. 706 целей из этого первого набора данных имеют жизнеспособных кандидатов на экзопланеты, с размерами от таких маленьких, как Земля, до больших, чем Юпитер. Были даны идентификация и характеристики 306 из 706 целей. Опубликованные цели включали пять [ требуется ссылка ] кандидатов на многопланетные системы, включая шесть дополнительных кандидатов на экзопланеты. [145] Для большинства кандидатов были доступны данные только за 33,5 дня. [145] НАСА также объявило, что данные еще по 400 кандидатам удерживаются, чтобы позволить членам команды Kepler провести последующие наблюдения. [146] Данные по этим кандидатам были опубликованы 2 февраля 2011 года. [147] (См. результаты Kepler за 2011 год ниже.)
Результаты Кеплера, основанные на кандидатах в списке, опубликованном в 2010 году, подразумевают, что большинство кандидатов на планеты имеют радиусы менее половины радиуса Юпитера. Результаты также подразумевают, что малые кандидаты на планеты с периодами менее тридцати дней встречаются гораздо чаще, чем большие кандидаты на планеты с периодами менее тридцати дней, и что наземные открытия отбирают большой хвост распределения размеров. [145] Это противоречило более старым теориям, которые предполагали, что малые и размером с Землю планеты будут относительно редки. [148] [149] Основываясь на экстраполяциях данных Кеплера , оценка около 100 миллионов пригодных для жизни планет в Млечном Пути может быть реалистичной. [150] Некоторые сообщения в СМИ о выступлении на TED привели к неправильному пониманию того, что Кеплер на самом деле нашел эти планеты. Это было разъяснено в письме директору Исследовательского центра Эймса НАСА , в котором Научному совету Кеплера от 2 августа 2010 года говорится: «Анализ текущих данных Кеплера не подтверждает утверждение, что Кеплер обнаружил какие-либо планеты, похожие на Землю». [7] [151] [152]
В 2010 году Кеплер идентифицировал две системы, содержащие объекты, которые меньше и горячее своих родительских звезд: KOI 74 и KOI 81. [ 153] Эти объекты, вероятно, являются белыми карликами малой массы, образованными предыдущими эпизодами переноса массы в их системах. [143]
2 февраля 2011 года команда Кеплера объявила о результатах анализа данных, полученных в период с 2 мая по 16 сентября 2009 года. [147] Они обнаружили 1235 кандидатов в планеты, вращающихся вокруг 997 звезд. (Нижеследующие числа предполагают, что кандидаты на самом деле являются планетами, хотя официальные документы называли их всего лишь кандидатами. Независимый анализ показал, что по крайней мере 90% из них являются реальными планетами, а не ложноположительными). [156] 68 планет были приблизительно размером с Землю, 288 — размером с суперземлю , 662 — размером с Нептун, 165 — размером с Юпитер и 19 — в два раза больше Юпитера. В отличие от предыдущих работ, примерно 74% планет меньше Нептуна, скорее всего, в результате предыдущей работы, в которой большие планеты находили легче, чем меньшие.
В выпуске от 2 февраля 2011 года 1235 кандидатов в экзопланеты 54 из них могли находиться в « обитаемой зоне », в том числе пять менее чем в два раза больше Земли. [157] [158] Ранее считалось, что в «обитаемой зоне» находятся только две планеты, поэтому эти новые открытия представляют собой огромное расширение потенциального числа «планет Златовласки» (планет с подходящей температурой для поддержания жидкой воды). [159] Все кандидаты в обитаемую зону, обнаруженные до сих пор, вращаются вокруг звезд, значительно меньших и холодных, чем Солнце (обитаемым кандидатам вокруг звезд, подобных Солнцу, потребуется несколько дополнительных лет, чтобы накопить три транзита, необходимых для обнаружения). [160] Из всех новых кандидатов на планеты 68 имеют размер 125% от размера Земли или меньше, или меньше, чем все ранее обнаруженные экзопланеты. [158] «Размер Земли» и «размер суперземли» определяется как «меньше или равный 2 радиусам Земли (Re)» [(или Rp ≤ 2,0 Re) – Таблица 5]. [147] Шесть таких кандидатов в 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] [147] находятся в «обитаемой зоне». [157] Более позднее исследование показало, что один из этих кандидатов (KOI 326.01) на самом деле намного больше и горячее, чем сообщалось изначально. [161]
Частота наблюдений планет была самой высокой для экзопланет размером в два-три раза больше Земли, а затем снижалась обратно пропорционально площади планеты. Лучшая оценка (по состоянию на март 2011 года) после учета погрешностей наблюдений была следующей: 5,4% звезд имеют кандидатов размером с Землю, 6,8% имеют кандидатов размером с супер-Землю, 19,3% имеют кандидатов размером с Нептун и 2,55% имеют кандидатов размером с Юпитер или больше. Многопланетные системы являются обычным явлением; 17% родительских звезд имеют многопланетные системы, и 33,9% всех планет находятся в многопланетных системах. [162]
К 5 декабря 2011 года команда Кеплера объявила, что они обнаружили 2326 кандидатов в планеты, из которых 207 похожи по размеру на Землю, 680 — размером с суперземлю, 1181 — размером с Нептун, 203 — размером с Юпитер и 55 — больше Юпитера. По сравнению с данными за февраль 2011 года количество планет размером с Землю и суперземлю увеличилось на 200% и 140% соответственно. Более того, 48 кандидатов в планеты были обнаружены в обитаемых зонах обследованных звезд, что является снижением по сравнению с данными за февраль; это было связано с более строгими критериями, используемыми в декабрьских данных. [163]
20 декабря 2011 года команда «Кеплера» объявила об открытии первых экзопланет размером с Землю , Kepler-20e [154] и Kepler-20f [155] , вращающихся вокруг звезды, похожей на Солнце , Kepler-20 [164] .
Основываясь на результатах Кеплера, астроном Сет Шостак в 2011 году подсчитал, что «в пределах тысячи световых лет от Земли» существует «по крайней мере 30 000» пригодных для жизни планет. [165] Также на основе результатов команда Кеплера подсчитала, что в Млечном Пути находится «по крайней мере 50 миллиардов планет», из которых «по крайней мере 500 миллионов» находятся в обитаемой зоне . [166] В марте 2011 года астрономы из Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL) сообщили, что, как ожидается, около «1,4–2,7 процента» всех звезд, подобных Солнцу, будут иметь планеты размером с Землю «в пределах обитаемых зон своих звезд». Это означает, что только в Млечном Пути находится «два миллиарда» этих «аналогов Земли». Астрономы JPL также отметили, что существует «50 миллиардов других галактик», потенциально дающих более одного секстиллиона «земных аналогов» планет, если все галактики имеют такое же количество планет, как и Млечный Путь. [167]
В январе 2012 года международная группа астрономов сообщила, что каждая звезда в Млечном Пути может иметь « в среднем... по крайней мере 1,6 планеты », что предполагает, что в Млечном Пути может существовать более 160 миллиардов связанных со звездами планет. [168] [169] Кеплер также зафиксировал далекие звездные супервспышки , некоторые из которых в 10 000 раз мощнее события Кэррингтона 1859 года . [170] Супервспышки могут быть вызваны планетами размером с Юпитер, находящимися на близкой орбите . [170] Метод изменения времени транзита (TTV), который использовался для открытия Kepler-9d , приобрел популярность для подтверждения открытий экзопланет. [171] Также была подтверждена планета в системе с четырьмя звездами, что стало первым случаем обнаружения такой системы. [172]
По состоянию на 2012 год [обновлять]было всего 2321 кандидатов . [163] [173] [174] Из них 207 по размеру похожи на Землю, 680 — размером с суперземлю, 1181 — размером с Нептун, 203 — размером с Юпитер и 55 — больше Юпитера. Более того, 48 кандидатов на планеты были обнаружены в обитаемых зонах обследованных звезд. Команда Кеплера подсчитала, что 5,4% всех звезд имеют кандидатов на планеты размером с Землю, и что 17% всех звезд имеют несколько планет.
Согласно исследованию астрономов Калтеха , опубликованному в январе 2013 года, Млечный Путь содержит по крайней мере столько же планет, сколько и звезд, что приводит к 100–400 миллиардам экзопланет . [175] [176] Исследование, основанное на планетах, вращающихся вокруг звезды Kepler-32 , предполагает, что планетные системы могут быть распространены вокруг звезд в Млечном Пути. Открытие еще 461 кандидата было объявлено 7 января 2013 года. [105] Чем дольше наблюдает Kepler, тем больше планет с большими периодами он может обнаружить. [105]
С момента публикации 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, стала экзопланета размером с Землю, вращающаяся вокруг звезды, похожей на Солнце, в обитаемой зоне и, возможно, пригодная для жизни. [177 ]
В апреле 2013 года был обнаружен белый карлик, искривляющий свет своего компаньона красного карлика в звездной системе KOI-256 . [178]
В апреле 2013 года NASA объявило об открытии трех новых экзопланет размером с Землю — Kepler-62e , Kepler-62f и Kepler-69c — в обитаемых зонах их соответствующих звезд-хозяев, Kepler-62 и Kepler-69 . Новые экзопланеты считаются главными кандидатами на наличие жидкой воды и, следовательно, пригодной для жизни среды. [179] [180] [181] Более поздний анализ показал, что Kepler-69c, вероятно, больше похожа на Венеру, и, следовательно, вряд ли будет пригодной для жизни. [182]
15 мая 2013 года НАСА объявило, что космический телескоп был парализован из-за отказа колеса реакции , которое удерживало его в правильном направлении. Ранее вышло из строя второе колесо, и телескопу требовалось три колеса (из четырех в общей сложности) для нормальной работы прибора. Дальнейшие испытания в июле и августе показали, что, хотя Kepler был способен использовать свои поврежденные колеса реакции, чтобы не допустить перехода в безопасный режим и передавать ранее собранные научные данные, он не был способен собирать дальнейшие научные данные, как было настроено ранее. [183] Ученые, работающие над проектом Kepler, заявили, что есть еще отставание в данных, которые еще предстоит изучить, и что в ближайшие пару лет будут сделаны новые открытия, несмотря на неудачу. [184]
Хотя никаких новых научных данных о поле Кеплера не было собрано с момента возникновения проблемы, в июле 2013 года было объявлено о шестидесяти трех дополнительных кандидатах на основе ранее собранных наблюдений. [185]
В ноябре 2013 года прошла вторая научная конференция Kepler. Открытия включали уменьшение медианного размера кандидатов в планеты по сравнению с началом 2013 года, предварительные результаты открытия нескольких околозвездных планет и планет в обитаемой зоне. [186]
13 февраля было объявлено о более чем 530 дополнительных кандидатах в планеты, расположенных вокруг одиночных планетных систем. Некоторые из них были почти размером с Землю и располагались в обитаемой зоне. Это число было увеличено еще примерно на 400 в июне 2014 года. [187]
26 февраля ученые объявили, что данные с телескопа «Кеплер» подтвердили существование 715 новых экзопланет. Был использован новый статистический метод подтверждения, называемый «проверка по множественности», который основан на том, сколько планет вокруг нескольких звезд оказались реальными планетами. Это позволило гораздо быстрее подтвердить многочисленных кандидатов, которые являются частью 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 температуры поверхности подходят для жидкой воды . [99] [188] [189] [190]
В марте исследование показало, что малые планеты с орбитальными периодами менее одного дня обычно сопровождаются по крайней мере одной дополнительной планетой с орбитальным периодом 1–50 дней. В этом исследовании также отмечено, что планеты с ультракоротким периодом почти всегда меньше 2 радиусов Земли, если только это не смещенный горячий Юпитер. [191]
17 апреля команда Kepler объявила об открытии Kepler-186f , первой планеты почти земного размера, расположенной в обитаемой зоне. Эта планета вращается вокруг красного карлика. [192]
В мае 2014 года были анонсированы и подробно описаны поля наблюдений K2 от 0 до 13. [116] Наблюдения K2 начались в июне 2014 года.
В июле 2014 года были сообщены первые открытия из полевых данных K2 в форме затменных двойных . Открытия были получены из набора инженерных данных Kepler, который был собран до кампании 0 [193] в рамках подготовки к основной миссии K2 . [194]
23 сентября 2014 года НАСА сообщило, что миссия K2 завершила кампанию 1 [195], первый официальный набор научных наблюдений, и что кампания 2 [196] находится в процессе выполнения [197] .
Кампания 3 [199] длилась с 14 ноября 2014 года по 6 февраля 2015 года и включала «16 375 стандартных длинных каденций и 55 стандартных коротких каденций». [116]
К 10 мая 2016 года миссия Kepler подтвердила 1284 новых планеты. [41] Исходя из их размера, около 550 из них могут быть каменистыми планетами. Девять из них вращаются в обитаемой зоне своих звезд : Kepler-560b , Kepler-705b , Kepler-1229b , Kepler-1410b , Kepler-1455b , Kepler-1544 b , Kepler-1593b , Kepler-1606b и Kepler-1638b . [41]
Первоначально команда Kepler обещала опубликовать данные в течение одного года наблюдений. [212] Однако этот план был изменен после запуска, и данные были запланированы к публикации в течение трех лет после их сбора. [213] Это вызвало значительную критику, [214] [215] [216] [217] [218] что заставило научную команду Kepler опубликовать третий квартал своих данных через год и девять месяцев после сбора. [219] Данные по сентябрь 2010 года (четвертый, пятый и шестой кварталы) были обнародованы в январе 2012 года. [220]
Периодически команда Kepler публикует список кандидатов ( Kepler Objects of Interest , или KOIs). Используя эту информацию, команда астрономов собрала данные о лучевой скорости с помощью эшелле-спектрографа SOPHIE , чтобы подтвердить существование кандидата KOI-428b в 2010 году, позже названного Kepler-40b . [221] В 2011 году та же команда подтвердила кандидата KOI-423b, позже названного Kepler-39b . [222]
С декабря 2010 года данные миссии Кеплера использовались для проекта Planet Hunters , который позволяет добровольцам искать транзитные события в кривых блеска изображений Кеплера, чтобы идентифицировать планеты, которые компьютерные алгоритмы могли пропустить. [223] К июню 2011 года пользователи нашли шестьдесят девять потенциальных кандидатов, которые ранее не были распознаны командой миссии Кеплера. [224] Команда планирует публично признавать заслуги любителей, которые обнаружат такие планеты.
В январе 2012 года программа BBC 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 — обнаружили новую экзопланету размером с Нептун , названную Треаплтон Холмс Б. [225] Сто тысяч других добровольцев также были вовлечены в поиск к концу января, проанализировав более миллиона изображений Кеплера к началу 2012 года. [226] Одна такая экзопланета, PH1b (или Kepler-64b по ее обозначению Кеплер), была обнаружена в 2012 году. Вторая экзопланета, PH2b (Kepler-86b), была обнаружена в 2013 году.
В апреле 2017 года ABC Stargazing Live , вариант BBC Stargazing Live , запустил проект Zooniverse «Исследователи экзопланет». В то время как Planethunters.org работал с архивными данными, Exoplanet Explorers использовал недавно переданные данные с миссии K2. В первый день проекта было идентифицировано 184 транзитных кандидата, которые прошли простые тесты. На второй день исследовательская группа идентифицировала звездную систему, позже названную K2-138 , с похожей на Солнце звездой и четырьмя суперземлями на тесной орбите. В конце концов, волонтеры помогли идентифицировать 90 кандидатов на экзопланеты. [227] [228] Гражданские ученые , которые помогли открыть новую звездную систему, будут добавлены в качестве соавторов в исследовательскую работу после ее публикации. [229]
Экзопланеты, открытые с использованием данных Кеплера , но подтвержденные сторонними исследователями, включают Kepler-39b, [222] Kepler-40b, [221] Kepler-41b , [230] Kepler-43b , [231] Kepler-44b , [ 232] Kepler-45b , [233], а также планеты, вращающиеся вокруг Kepler-223 [234] и Kepler -42 . [235] Аббревиатура «KOI» указывает на то , что звезда является объектом интереса Кеплера .
Каталог входных данных Kepler представляет собой общедоступную поисковую базу данных, содержащую около 13,2 миллионов целей, используемых для Программы спектральной классификации Kepler и миссии Kepler. [236] [237] Каталог сам по себе не используется для поиска целей Kepler, поскольку только часть перечисленных звезд (около трети каталога) может наблюдаться космическим аппаратом. [236]
Kepler был назначен обсерваторский код ( C55 ) для того, чтобы сообщать о своих астрометрических наблюдениях малых тел Солнечной системы в Minor Planet Center . В 2013 году была предложена альтернативная миссия NEOKepler , поиск околоземных объектов , в частности потенциально опасных астероидов (ПОА). Его уникальная орбита и большее поле зрения, чем у существующих обзорных телескопов, позволяют ему искать объекты внутри орбиты Земли. Было предсказано, что 12-месячный обзор может внести значительный вклад в охоту за ПОА, а также потенциально определить цели для миссии NASA Asteroid Redirect Mission . [238] Однако первым открытием Kepler в Солнечной системе был (506121) 2016 BP 81 , 200-километровый холодный классический объект пояса Койпера , расположенный за орбитой Нептуна . [239]
30 октября 2018 года НАСА объявило, что космический телескоп «Кеплер», у которого закончилось топливо, и после девяти лет службы и открытия более 2600 экзопланет , был официально выведен из эксплуатации и будет поддерживать свою текущую безопасную орбиту вдали от Земли. [9] [10] Космический аппарат был деактивирован командой «спокойной ночи», отправленной из центра управления миссией в Лаборатории физики атмосферы и космоса 15 ноября 2018 года. [240] Вывод «Кеплера» из эксплуатации совпадает с 388-й годовщиной смерти Иоганна Кеплера в 1630 году. [241]
Другие проекты по поиску экзопланет в космосе
Другие проекты наземного поиска экзопланет
13 февраля 2014 г.: Проект Kepler обновил диспозиции для 534 KOI в таблице активности KOI Q1–Q16. Это доводит общее число кандидатов и подтвержденных планет Kepler до 3841. Для получения дополнительной информации см. документ Цель таблицы KOI и интерактивные таблицы.
за каждый 3-месячный период наблюдения будут опубликованы в течение одного года после окончания периода наблюдения.
вывело из эксплуатации космический телескоп Кеплер вчера вечером (15 ноября), передав команды «спокойной ночи» в обсерваторию, вращающуюся вокруг Солнца. [...] Последние команды были отправлены из операционного центра Кеплера в Лаборатории атмосферной и космической физики Университета Колорадо в Боулдере...
совпадению, "goodnight" телескопа Kepler приходится на ту же дату, что и 388-я годовщина со дня смерти его тезки, немецкого астронома Иоганна Кеплера...
Каталоги и базы данных экзопланет
