Misiunea Kepler

Dezambiguizare - Dacă sunteți în căutarea navetei europene de marfă omonime, consultați ATV-002 Johannes Kepler .

Misiunea Kepler
Emblema misiunii
Imaginea vehiculului
Imaginea artistului a telescopului spațial Kepler
Date despre misiune
Operator	NASA
ID NSSDC	2009-011A
SCN	34380
Destinaţie	Observarea astronomică
Numele vehiculului	Kepler
Vector	Delta II (7925-10L)
Lansa	7 martie 2009
Locul lansării	Stația Forțelor Aeriene Cape Canaveral , SALA 17B
Sfârșitul funcționării	15 noiembrie 2018 [2]
Durată	preconizat: 3,5 ani efectiv: 9 ani, 7 luni și 23 de zile
Proprietatea navei spațiale
Masa	1 039 kg
Greutatea sarcinii	478 kg
Constructor	Bell Aerospace
Instrumentaţie	Oglinda principală cu deschidere de 95 cm
Parametrii orbitali
Orbită	heliocentric
Perioadă	372,5 zile
Înclinare	0,44765 °
Excentricitate	0,03188
Axa semi-majoră	1.01319 au
Site-ul oficial
Programul de descoperire
Misiunea anterioară Următoarea misiune Zori GRAIL
Editați datele pe Wikidata · Manual

Misiunea Kepler este o misiune spațială a părții NASA a Programului de descoperire , al cărei scop era cercetarea și confirmarea planetelor asemănătoare Pământului care orbitează stele, altele decât Soarele , prin utilizarea telescopului spațial Kepler. ^[3] Sonda spațială, numită în cinstea astronomului german Johannes Kepler din secolul al XVII-lea, ^{[4] a} fost lansată cu succes pe 7 martie 2009. ^[5]

Telescopul Kepler a fost „conceput special pentru a monitoriza o porțiune din regiunea noastră Calea Lactee și a descoperi zeci de planete asemănătoare Pământului în apropierea sau în zona locuibilă și pentru a determina câte dintre miliardele de stele ale galaxiei noastre au planete”. ^[6] Pentru a face acest lucru, un fotometru a monitorizat în mod constant luminozitatea a peste 145.000 de stele secvenței principale în câmpul său vizual fix, în apropierea constelațiilor Swan , Lyre și Dragon . ^[7] Datele au fost transmise pe pământ, unde au fost analizate pentru scăderi periodice ale luminozității stelelor cauzate de trecerea exoplanetelor în fața stelei lor. Până în aprilie 2013, echipa lui Kepler a identificat 2.740 de candidați la planetă și a confirmat încă 121 . ^{[8] [9]} În ianuarie 2013, un grup de astronomi de la Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics a estimat din datele lui Kepler că „cel puțin 17 miliarde” de exoplanete asemănătoare Pământului locuiesc în Calea Lactee. ^[10]

Programul Discovery , din care a făcut parte Kepler , constă din misiuni științifice low-cost axate pe obiective specifice. Construcția telescopului și operațiunile inițiale au fost gestionate de Jet Propulsion Laboratory , împreună cu Ball Aerospace , responsabil pentru dezvoltarea sistemului de zbor. Centrul de Cercetare Ames este responsabil pentru dezvoltarea sistemelor terestre, operațiunile de misiune din decembrie 2009 și analiza datelor științifice. Timpul planificat pentru misiune a fost inițial 3,5 ani, dar a fost prelungit în mod repetat până la încheierea oficială în octombrie 2018 ^[11] cu deconectarea de la centrul de control la sol luna următoare. ^[12]

În cei peste nouă ani și jumătate de serviciu, Kepler a observat 530.506 de stele și a detectat 2.662 de planete. ^[13]

Caracteristici tehnice

Diagrama telescopului evidențiind componentele sale principale.

Telescopul avea o masă de 1 039 kg și consta dintr-o oglindă primară de 1,4 m în diametru și cu o deschidere de 0,95 m . Instrumentul avea un câmp vizual de 115 grade pătrați (aproximativ 12 ° în diametru), echivalent cu aria subtinsă de un pumn cu braț drept, dintre care 105 sunt utile pentru date de calitate științifică și cu vignetare mai mică de 11%. Fotometrul a avut un efect de focalizare moale , obținând astfel măsurători fotometrice excelente mai degrabă decât imagini clare. Obiectivul a avut o precizie fotometrică diferențială combinată (CDPP) de 20 ppm pentru o stea de tip solar cu magnitudine 12 și o perioadă de integrare de 6,5 ore, deși observațiile nu au atins acest obiectiv. Tranzitul unei planete terestre produce o variație a luminozității de 84 ppm și durează aproximativ 13 ore.

aparat foto

Matrice de senzori Kepler : sunt montați pe o suprafață curbată pentru a compensacurbura câmpului Petzval .

Planul focal al camerei telescopului era format dintr-o matrice de 42 de senzori CCD , fiecare cu o dimensiune de 2200 × 1024 pixeli . Prin urmare, camera avea o rezoluție totală de 95 megapixeli, făcând-o cea mai mare lansată vreodată în spațiu la acea vreme. ^{[14] [15]} Senzorii au fost răciți prin conducte de căldură conectate la un radiator extern. ^[16]

Senzorii CCD au fost citiți la fiecare 6 secunde, pentru a limita saturația lor, iar imaginile au fost generate la bordul instrumentului prin adăugarea acestor citiri timp de 30 de minute. Deși Kepler a avut cea mai mare rată de ieșire a datelor din orice altă misiune NASA la lansare, suma imaginii de 95 de milioane de pixeli timp de 30 de minute constituie mai multe informații decât poate fi stocată și transmisă pe Pământ. Prin urmare, echipa a preselectat pixelii asociați cu fiecare stea de interes, adică 5% din total. Datele din acești pixeli au fost ulterior recuantificate, comprimate și stocate, împreună cu datele auxiliare, în unitatea de memorie solid-state de 16 GB. Datele stocate și descărcate pe Pământ au inclus imagini cu stele de proiect, frotiu, nivel de negru, fundal și câmp complet. ^[16]

Oglindă primară

Oglinda primară Kepler a măsurat 1,4 metri în diametru și a fost cu 86% mai ușoară decât o oglindă solidă de aceeași dimensiune, utilizând o structură de susținere în fagure. ^[17] Suportul din sticlă oglindă a fost realizat de fabrica de sticlă Corning Inc. , folosind sticlă cu expansiune foarte mică ( sau sticlă ULE). ^[18] Întrucât telescopul avea nevoie de o sensibilitate fotometrică foarte mare pentru a detecta planete la fel de mici ca ținta misiunii, a fost necesară o acoperire oglindă extrem de reflectorizantă pentru a elimina eventualele efecte negative din imperfecțiunile suprafeței. Folosind depunerea fizică de vapori de fascicul de electroni, Surface Optics Corp. a aplicat un strat protector de 9 straturi de argint și nitriți pentru a crește reflexia și un strat dielectric de interferență pentru a minimiza murdărirea culorii și absorbția umezelii. ^{[19] [20]}

Cronologia misiunii

Lansarea lui Kepler pe 7 martie 2009

În ianuarie 2006, lansarea telescopului a fost întârziată timp de opt luni din cauza reducerilor bugetare ale NASA și alte patru luni în luna martie a aceluiași an din cauza problemelor fiscale. În această perioadă, designul antenei cu câștig ridicat a fost schimbat, renunțând la cardan și conectându-l direct la șasiul navei spațiale, reducând astfel costurile și complexitatea, la costul unei zile de observare pe lună pierdută. ^[21]

Telescopul spațial Kepler a fost lansat pe 7 martie 2009 la 03:49:57 UTC (6 martie 10:49:57 pm EST) la bordul unui lansator Delta II de la statul Cape Canaveral Air Force , Florida. ^{[5] [22]} Lansarea a fost un succes complet și toate cele trei faze au fost finalizate la 04:55 UTC. Capacul telescopului a fost evacuat pe 7 aprilie, iar primele imagini luminoase au fost realizate a doua zi. ^{[23] [24]}

La 20 aprilie 2009, echipa științifică a lui Kepler a anunțat că îmbunătățirile suplimentare ale focului vor crește semnificativ calitatea datelor de returnare. ^[25] Următorul 23 aprilie s-a anunțat că focalizarea a fost optimizată cu succes prin deplasarea oglinzii primare cu 40 micrometri spre planul focal și înclinarea acesteia cu 0,0072 grade. ^[26]

Pe 13 mai 2009 la 01:01 UTC Kepler a finalizat cu succes faza de pregătire și a început căutarea exoplanetelor. ^{[27] [28]}

La 19 iunie 2009, nava a transmis cu succes primele sale date științifice pe Pământ. S-a dovedit că Kepler a intrat în „mod sigur” pe 15 iunie și a doua oară pe 2 iulie. Ambele evenimente au fost declanșate de o „resetare procesor”. Telescopul a revenit la funcționarea normală pe 3 iulie, iar datele culese din 19 iunie au fost transmise pe Pământ în acea zi. ^[29] La 14 octombrie 2009 s-a stabilit că cauza acestor evenimente „sigure” ale telescopului a fost un generator de energie de joasă tensiune, care alimenta procesorul RAD750 . ^[30] La 12 ianuarie 2010, o porțiune din planul focal a transmis date anormale, indicând o problemă cu planul focal al modulului MOD-3, care controlează 2 dintre cele 42 CCD ale lui Kepler ^[31] .

Kepler transmite aproximativ 12 gigaocteți de date la sol ^[32] aproximativ o dată pe lună ^[33] , un exemplu de astfel de descărcare este cel din 22-23 noiembrie 2010. ^[34]

Pe 14 iulie 2012, una dintre cele patru roți de reacție folosite pentru îndreptarea fină a telescopului a eșuat. ^[35] În timp ce Kepler a cerut doar trei dintre roțile de reacție să se poziționeze cu precizie, eșecul altei ar fi făcut sonda incapabilă să-și continue misiunea și să pună în pericol misiunea extinsă. ^[36]

La 17 ianuarie 2013, NASA a anunțat că una dintre cele trei roți de reacție rămase, numărul 4, dădea semne de frecare crescută și că Kepler va funcționa intermitent timp de 10 zile ca o posibilă soluție la problemă. Dacă a doua roată ar fi eșuat, misiunea ar fi fost încheiată ^[37][38] . Pe 29 ianuarie, NASA a anunțat o revenire cu succes la modul normal de colectare a datelor, ^[39] în ciuda faptului că roata de reacție a continuat să prezinte niveluri ridicate intermitente de frecare. ^[40]

Pe 29 aprilie 2013, o actualizare a managerului a raportat că a patra roată de reacție a continuat să dea semne de frecare și deteriorare și că echipa ia în considerare măsurile care trebuie luate în cazul în care roata eșuează complet, eventual trecând la controlul orientării prin propulsoare. ^[41] Un contact din 3 mai a arătat că telescopul a intrat în modul de siguranță, dar se pare că acest lucru nu are legătură cu funcționarea defectuoasă a roților de reacție. Ulterior, telescopul a revenit la modul normal de preluare a datelor la 6 mai următor ^[42]

La 15 mai 2013 s-a anunțat că roata de reacție 4 a încetat definitiv să funcționeze. Telescopul se afla într-un mod de siguranță controlat de propulsor, posibil din cauza pierderii orientării și se învârtea încet. La comanda de oprire a rotației, echipa a descoperit eșecul celei de-a patra roți de reacție, probabil din cauza eșecului structural al rulmentului în sine. Ulterior, telescopul a fost pus în modul PRS ( Point Rest State ), vizând repausul, un nou mod conceput pentru evenimentul care a permis contactul continuu cu Pământul. ^[43] În următoarele câteva săptămâni, echipa a căutat să restabilească funcționalitatea telescopului, încercând atât reutilizarea primei roți de reacție nereușite, cât și controlul propulsorului.

La 19 august 2013, NASA a anunțat că s-a dovedit imposibil să repare telescopul, deci nu a mai putut reveni la funcționare pentru căutarea exoplanetelor. Sistemul de stabilizare, format din patru dispozitive asemănătoare unui giroscop și esențial pentru obținerea preciziei necesare, nu a putut fi reparat. NASA a prezis că va putea utiliza telescopul în alte scopuri decât pentru a căuta exoplanete potențial capabile să găzduiască viață. ^[44]

Performanţă

În ceea ce privește performanța fotometrică, Kepler a funcționat bine, mai bine decât orice telescop terestru, deși sub obiectivul proiectului. Acest obiectiv a fost o precizie fotometrică diferențială combinată (CDPP) de 20 ppm pentru o stea de magnitudine 12 în 6,5 ore de integrare: această estimare a fost calculată luând în considerare o variabilitate a stelelor de 10 ppm, aproximativ valoarea variabilității solare. Precizia obținută în schimb pentru acest tip de observație are o gamă largă de valori, în funcție de stea și poziția acesteia pe planul focal, cu o mediană de 29 ppm. O mare parte din zgomotul suplimentar s-a datorat variabilității mai mari a stelelor în sine, de aproximativ 19,5 ppm, în timp ce restul s-a datorat surselor de zgomot instrumental mai mari decât se aștepta. ^{[45] Se} lucrează pentru a înțelege mai bine zgomotul instrumental și a-l elimina. ^[46]

Deoarece semnalul unei planete terestre care tranzitează este foarte aproape de nivelul de zgomot (aproximativ 80 ppm), creșterea acestui lucru implică pentru fiecare eveniment de tranzit un nivel de semnificație de 2,7 σ, în loc de proiectarea 4 σ. La rândul său, acest lucru înseamnă că trebuie să fie observate mai multe tranzite pentru a fi siguri de o revelație a planetei. Estimările științifice au indicat timpul necesar pentru ca misiunea să găsească toate planetele terestre în tranzit în 7-8 ani, față de 3,5 planificate inițial. ^[47] La 4 aprilie 2012, misiunea extinsă a lui Kepler până în anul fiscal 2016 a fost aprobată. ^{[48] [49]}

Orientare și orbită

Volumul căutărilor lui Kepler în Calea Lactee.

Câmpul vizual al lui Kepler în constelațiile Lebedei , Lirei și Dragonului .

Kepler se afla pe o orbită heliocentrică , ^{[50] [51]} care evita ocultările Pământului, lumina împrăștiată , perturbațiile gravitaționale și momentele de răsucire asociate orbitelor Pământului. Fotometrul și-a îndreptat câmpul vizual spre constelațiile Lebedei , Lirei și Dragonului , departe de planul eclipticii , astfel încât lumina Soarelui nu a pătruns niciodată în fotometru în timpul orbitei sale. De asemenea, câmpul nu a fost ascuns nici de centura Kuiper, nici de cea principală . ^[16]

Aceasta este, de asemenea, aceeași direcție a mișcării sistemului solar în jurul centrului galaxiei. În consecință, stelele observate de Kepler sunt aproximativ la aceeași distanță de centrul galactic al Soarelui și la fel de aproape de planul galactic. Această condiție ar putea fi importantă în cazul în care locuința ar depinde de amplasarea în Galaxy, așa cum sugerează ipoteza rarității Pământului .

Orbita lui Kepler a fost definită de NASA ca târârea Pământului ^[52] , deoarece perioada de revoluție de 372,5 zile, mai lungă decât cea a Pământului, face ca telescopul să rămână încet în spatele Pământului.

Management

Reprezentarea orbitei lui Kepler . Panourile solare ale telescopului sunt rotite cu 90 ° fiecare solstițiu și echinocțiul .

Kepler a fost operat de Laboratorul pentru Fizică Atmosferică și Spațială ( LASP ), Boulder (Colorado) . Panourile solare ale telescopului au fost rotite spre Soare la fiecare solstițiu și echinocți , pentru a optimiza unghiul de incidență al razelor solare și pentru a menține radiatorul îndreptat spre spațiul profund. ^[16] LASP a controlat telescopul cu constructorii săi, Ball Aerospace & Technologies Corp., dintr-un centru de control al misiunii situat în campusul Universității din Colorado . LASP a controlat planificarea de bază a misiunii și colectarea și distribuția inițială a datelor. Costul ciclului inițial al misiunii era de așteptat să fie de 600 de milioane de dolari, inclusiv finanțarea pentru 3,5 ani de funcționare, acesta din urmă prelungit de NASA în 2012 până în 2016 și ulterior până în 2018. ^{[48] [16]}

Comunicare

NASA a comunicat cu telescopul spațial folosind legătura X-Band de două ori pe săptămână, pentru trimiterea comenzilor și verificarea stării. Datele științifice, pe de altă parte, au fost descărcate o dată pe lună folosind linkul din banda K _a , cu o rată maximă de transfer de aproximativ 550 kBps. Kepler însuși a efectuat primele analize științifice parțiale la bord și a transmis doar datele considerate necesare pentru misiune, pentru a economisi lățimea de bandă. ^[53]

Management de date

Datele științifice de telemetrie colectate în timpul operațiunilor de misiune la LASP au fost trimise spre procesare la Kepler Data Management Center (DMC), situat la Space Telescope Science Institute , pe campusul Universității Johns Hopkins din Baltimore, Maryland . Datele au fost decodate și procesate de DMC în format FITS și ulterior trimise la Science Operations Center (SOC), parte a NASA Ames Research Center, pentru calibrare și procesare finală. SOC a dezvoltat și utilizat instrumentele de prelucrare a datelor necesare pentru utilizarea lor de către Kepler Science Office (SO). În consecință, SOC a dezvoltat software-ul de procesare a conductelor de procesare a datelor, bazat pe algoritmii științifici dezvoltați de sistemul de operare. În timpul operațiunilor, SOC:

1. A primit datele calibrate de la DMC;
2. El a aplicat algoritmii de analiză pentru a produce curbele de lumină pentru fiecare stea;
3. A căutat eventuale evenimente de tranzit pentru identificarea planetelor (evenimente de trecere prag sau „evenimente de trecere prag” (TCE));
4. A validat datele planetelor candidate testându-le consistența pentru a elimina falsurile pozitive.

SOC a evaluat, de asemenea, performanța fotometrică în mod continuu și a furnizat datele obținute către SO și către Biroul de gestionare a misiunii. În cele din urmă, SOC a dezvoltat și întreținut bazele de date științifice ale proiectului, inclusiv cataloagele și datele procesate. În cele din urmă, SOC a returnat produsele de date calibrate și rezultatele științifice către DMC pentru arhivare și distribuire către astronomii din întreaga lume, prin Arhiva Multimisie de la STScI (MAST).

Câmp de vizualizare

Diagrama câmpului vizual al lui Kepler împreună cu coordonatele cerești .

Kepler avea un câmp vizual fix: diagrama din dreapta arată coordonatele cerești ale zonei și modul în care erau aranjați senzorii camerei sale, împreună cu poziția unor stele strălucitoare. Site-ul misiunii a furnizat un calculator care determină dacă un obiect dat se încadrează în câmpul de observație al lui Kepler și unde ar apărea în datele produse, pe baza perioadei de observare. Datele de la exoplanete candidate au fost colectate de programul de urmărire Kepler în scopul efectuării observațiilor finale de confirmare.

Câmpul vizual al lui Kepler acoperea 115 grade pătrate, aproximativ 0,28% din bolta cerească : ar fi fost nevoie de aproximativ 400 de telescoape ca Kepler pentru a o acoperi în întregime. ^[54]

Obiective și metodologii științifice

Obiectivele științifice ale lui Kepler au fost explorarea structurii și diversității sistemelor planetare . ^[55] Telescopul a observat apoi un eșantion de aproximativ 140.000 de stele cu următoarele obiective cheie:

• Determinați câte planete terestre și superterre există în zona locuibilă , numită și Zona Goldilocks , ^[56] dintr-o varietate de stele.
• Determinați gama de mărime și formă a orbitelor acestor planete.
• Estimează câte planete sunt în sisteme stelare multiple.
• Determinați intervalul dimensiunii orbitei, luminozității, dimensiunii, masei și densității Jupiterilor fierbinți .
• Identificați membri suplimentari ai fiecărui sistem descoperit prin utilizarea altor tehnici decât tranzitul.
• Determinați proprietatea stelelor care găzduiesc sistemele planetare.

Majoritatea exoplanetelor descoperite înainte de desfășurarea lui Kepler de către celelalte proiecte erau planete gigantice gazoase, cu dimensiuni mai mari decât Jupiter sau mai mari. Kepler a fost conceput special pentru a găsi planete de 30 până la 600 de ori mai puțin masive, de ordinul mărimii Pământului (Jupiter este de 318 de ori mai masiv decât el). Metoda utilizată, cea a tranzitului , constă în observarea repetată a tranzitelor planetelor în fața stelelor lor. Acest lucru determină o scădere a magnitudinii aparente a stelei, de ordinul a 0,01% pentru o planetă la fel de mare ca Pământul. Magnitudinea scăderii luminozității stelei permite calcularea razei planetei, cunoscând cea stelară, în timp ce intervalul dintre tranzite oferă o măsură directă a perioadei orbitale a obiectului. Din aceasta putem calcula estimările axei semi-majore a orbitei, utilizând a treia lege a lui Kepler și a temperaturii planetei.

Probabilitatea ca o orbită planetară aleatorie să cadă de-a lungul liniei de vedere cu steaua se obține împărțind diametrul stelei cu cel al orbitei. ^[57] Pentru o planetă terestră care orbitează 1 UA de stea, probabilitatea de a trece în fața unei stele asemănătoare Soarelui este de 0,465%, aproximativ una din 215. La 0,72 UA (distanța orbitală a lui Venus ) probabilitatea este ușor mai mare, aproximativ 0,65%. Acesta din urmă ar fi similar cu Pământul dacă steaua gazdă ar fi mai rece decât Soarele , cum ar fi Tau Ceti . Mai mult, deoarece planetele dintr-un sistem dat tind să orbiteze pe un plan aproximativ comun, șansele de a observa mai multe sisteme sunt mai mari. De exemplu, dacă o misiune de tip Kepler condusă de observatori externi ar observa Pământul în timp ce tranzitează Soarele, ar exista șanse de 12% ca acesta să observe și tranzitele lui Venus.

Câmpul vizual al lui Kepler de 115 grade pătrate a dat telescopului mult mai multe posibilități de detectare a planetelor terestre decât Hubble , care are un câmp vizual de doar 10 arminute pătrate. În plus, Kepler a fost dedicat detectării tranzitelor planetare, în timp ce telescopul Hubble este utilizat într-o gamă largă de observații științifice și rareori observă continuu un câmp stelar. Din cele aproximativ 500.000 de stele din câmpul vizual al lui Kepler , aproximativ 140.000 au fost selectate pentru studiu ^[58] și observate simultan, luând o măsurare a luminozității la fiecare 30 de minute. Acest lucru a oferit o șansă mai mare de a vedea un tranzit. Probabilitatea de 1/215 de a observa o planetă terestră care orbitează la 1 UA tranzitând în fața stelei înseamnă că, dacă toate stelele studiate ar avea același diametru ca Soarele și o planetă terestră de acest tip, Kepler ar fi putut descoperi până la aproximativ 465. Dacă doar 10% dintre stele posedau o astfel de planetă, numărul planetelor detectabile scade la aproximativ 46. Prin urmare, misiunea era potrivită pentru determinarea frecvenței acestor planete terestre pe termen lung care orbitează alte stele. ^{[16] [59]}

Deoarece sunt necesare cel puțin trei tranzite pentru a confirma natura planetară a semnalelor observate în curba de lumină a stelei și din moment ce planetele mai mari oferă un semnal mai ușor de procesat, oamenii de știință s-au așteptat ca primele rezultate să fie pentru planetele mari Jupiter în zone foarte înguste. orbite, așa-numiții Jupiteri fierbinți . De fapt, primii din această categorie au fost descoperiți după doar câteva luni de observație. Planetele mai mici sau mai îndepărtate de stea au luat mai mult timp pentru a confirma și descoperirea acestora nu a fost de așteptat în cel puțin primii trei ani de observații. ^[50]

Când telescopul Kepler a observat ceva similar cu un tranzit, a fost necesar să se evalueze posibilitatea ca acesta să fie fals pozitiv cu observații ulterioare, cum ar fi spectroscopia Doppler de pe Pământ, înainte de confirmarea finală. ^[60] Deși Kepler a fost conceput pentru fotometrie, s-a remarcat că a fost capabil să efectueze și măsurători de astrometrie și astfel de măsurători ar putea ajuta la confirmarea sau excluderea candidaților. ^[61]

În plus față de tranzite, planetele care orbitează stelele lor prezintă o variație a cantității de lumină reflectată, la fel ca Luna și fazele sale. Kepler nu a putut rezolva planetele din stele, dar a observat strălucirea combinată a acestora, care variază periodic fiecare orbită a planetei. Deși efectul este mic chiar și pentru planetele lui Jupiter pe orbite foarte înguste, comparabile cu precizia necesară pentru o planetă precum Pământul, acestea au fost detectabile de Kepler . ^[62] De-a lungul timpului această metodă a reușit să găsească chiar mai multe planete decât cu tranzitul, deoarece lumina reflectată în funcție de faza orbitală este în mare măsură independentă de înclinația orbitală și nu necesită trecerea planetei în fața discului stelar. În plus, funcția de fază a unei planete gigant este, de asemenea, o funcție a proprietăților sale termice și atmosferice. Deci, curba de fază poate ajuta la deducerea altor proprietăți planetare, cum ar fi distribuția și dimensiunea particulelor în atmosferă. ^[63] În acest câmp, Kepler acționează ca CoRoT . ^[64]

Datele colectate de Kepler au fost, de asemenea, utilizate pentru studiul stelelor variabile de diferite tipuri și pentru efectuarea studiilor de astroseismologie ^{[65], în} special pentru stelele care prezintă oscilații asemănătoare solului. ^[66]

Rezultatele misiunii pe an

Una dintre fotografiile lui Kepler , care evidențiază două puncte de interes. Nordul ceresc este în stânga jos.

Detaliu al imaginii din stânga care prezintă clusterul deschis NGC 6791 .

Detaliu al imaginii din stânga cu poziția TrES-2 evidențiată.

Așa cum era de așteptat, primele descoperiri au fost toate planetele aparținând clasei Jupiterilor fierbinți , planete mari foarte aproape de stelele lor, factori care facilitează identificarea lor. Pe măsură ce misiunea a continuat, au fost descoperite treptat planete cu perioade mai lungi și dimensiuni mai mici.

2009

La 6 august 2009, NASA a ținut o conferință pentru a discuta primele rezultate ale misiunii Kepler. ^[67] La această conferință de presă a fost dezvăluit modul în care Kepler confirmase existența planetei de tranzit deja cunoscute HAT-P-7 b și că telescopul funcționa bine și era capabil să detecteze planetele terestre. ^{[68] [69]}

Deoarece descoperirea planetelor de către Kepler depinde de modificări foarte mici în strălucirea stelelor, stelele variabile în sine nu sunt utile în cercetarea sa. ^[33] Deja în primele câteva luni de date, oamenii de știință din echipa Kepler au descoperit că aproximativ 7.500 de stele pe care le-au monitorizat erau stele variabile. Au fost apoi scoși din lista obiectivelor, pentru a fi înlocuiți cu noi candidați. La 4 noiembrie 2009, proiectul Kepler a distribuit publicului curbele de lumină ale stelelor respinse. ^[70]

2010

Il 4 gennaio 2010 gli scienziati del team di Kepler hanno annunciato alla convention della American Astronomical Society i primi risultati scientifici del telescopio spaziale. Nelle sole prime sei settimane di dati il telescopio ha individuato circa 100 candidati pianeti e ne ha effettivamente scoperti cinque, precedentemente sconosciuti e tutti molto vicini alle loro stelle. ^[71] . Il primo è simile a Nettuno come dimensioni e densità, rendendolo così un nettuniano caldo . Gli altri quattro sono invece dei gioviani caldi molto grandi (tra 1,3 e 1,5 R _J ), tra cui Kepler-7 b che con una densità di 0,17 g/cm³, simile a quella del polistirene , era all'epoca il pianeta meno denso mai scoperto.

Un articolo del 31 gennaio ^[72] ha analizzato due candidati pianeti, KOI-74 e KOI-81 , dalle insolite proprietà. I due oggetti infatti mostravano dai dati di avere temperature superficiali più elevate persino delle loro stelle, pur possedendo una massa substellare. Un articolo successivo, del 26 aprile ^[73] ha mostrato che tali dati erano da spiegarsi con il fatto che i due oggetti sono delle nane bianche , prodotte da processi di trasferimento di massa in sistemi binari stretti.

Il 15 giugno 2010 il team della missione ha distribuito al pubblico i dati di quasi tutte le circa 156 000 stelle studiate. In questi primi dati, che coprono solo 33,5 giorni, 706 stelle mostravano di possedere candidati esopianeti validi, con dimensioni che variavano da quelle della Terra a più grandi di Giove. Sono stati inoltre distribuiti i dati di 312 esopianeti in orbita attorno a 306 di queste candidate stelle: ^[74] tra di essi infatti figurano 5 sistemi multiplanetari, ^[75] mentre è stato comunicato che i dati per le restanti 400 venivano trattenuti per ulteriori analisi e che sarebbero stati pubblicati nel febbraio dell'anno successivo ^[76] (vedi la sezione successiva).

I risultati di Kepler quindi, in base alla lista dei candidati del 2010, implicavano che la gran parte dei pianeti scoperti possedessero un raggio medio pari a circa la metà di quello di Giove e che tra i pianeti dal periodo orbitale inferiore ai 30 giorni quelli più piccoli fossero molto più frequenti di quelli grandi. Ciò significa che le scoperte dalla Terra stavano campionando solo la coda di grande massa della distribuzione di tali pianeti di corto periodo. ^[74] Ciò entrava in contraddizione con le teorie precedenti, secondo le quali i pianeti di piccole dimensioni e simili alla Terra fossero relativamente rari. ^{[77] [78]} Secondo i dati di Kepler infatti si poteva fare una prima stima realistica dei pianeti abitabili nella nostra galassia, risultata pari a circa 100 milioni. ^[79]

2011

Distribuzione dei pianeti confermati da Kepler a inizio 2011, in un grafico di dispersione semiasse-massa, nel contesto degli altri pianeti conosciuti all'epoca.

Il 2 febbraio il team di Kepler ha annunciato i risultati dell'analisi dei primi quattro mesi di dati, presi tra il 2 maggio e il 16 settembre 2009. ^[80] Il team ha scoperto 1 235 candidati pianeti in orbita attorno a 997 stelle e analisi indipendenti indicano che almeno il 90% di questi potrebbero essere pianeti reali. ^[81] I candidati si dividono in 68 pianeti di dimensioni terrestri, 288 superterrestri, 663 nettuniani, 165 gioviani e 19 fino a due volte più grandi di Giove. In contrasto con i lavori precedenti, all'incirca il 74% dei pianeti sono più piccoli di Nettuno, probabilmente perché i pianeti più grandi sono stati scoperti subito in quanto facilmente individuabili.

Di questi 1 235 pianeti annunciati a febbraio ben 54 orbitano nella fascia abitabile delle loro stelle, inclusi 6 pianeti grandi meno di due volte la Terra. ^{[82] [83]} Questi sono KOI-326.01 , KOI-701.03 , KOI-268.01 , KOI-1026.01 , KOI-854.01 e KOI-70.03 ^[80] . Uno studio successivo ha mostrato come KOI-326.01 non sia in realtà di dimensioni terrestri. ^[84] Prima di questa pubblicazione erano conosciuti solo due pianeti ritenuti orbitare nella fascia abitabile, quindi queste nuove scoperte hanno portato a un'enorme espansione del numero dei pianeti con tale caratteristica. ^[85] Tutti i 54 candidati pianeti nella fascia abitabile scoperti orbitano attorno a stelle significativamente più piccole e fredde del Sole (candidati abitabili attorno a stelle simili al Sole richiederanno molti altri anni di raccolta dati per accumulare i tre transiti richiesti per la conferma). ^[86]

Basandosi su questi primi dati si è stimata la frequenza dei vari tipi di pianeti: il 5,4% delle stelle ospita pianeti di dimensione terrestre, il 6,8% ospita superterre, il 19,3% nettuniani e il 2,5% pianeti di dimensioni gioviane. I sistemi multiplanetari sono comuni: infatti il 17% delle stelle ospiti possiede sistemi con più candidati e il 33,9% di tutti i pianeti si trovano in sistemi multipli. ^[80]

Illustrazione che mette a confronto Kepler-20 e e Kepler-20 f con la Terra e Venere.

Il 5 dicembre il team di Kepler ha annunciato una nuova release di dati, portando il numero di candidati planetari a 2326. Questi si dividono in 207 di dimensioni terrestri, 680 superterrestri, 1181 nettuniani, 203 gioviani e 55 più grandi di Giove. In confronto alla distribuzione dei pianeti annunciati a febbraio il numero delle terre e delle superterre è aumentato rispettivamente del 200% e del 140%. Invece i candidati in fascia abitabile si sono ridotti a 48, a seguito dell'adozione di criteri più stringenti. ^[87]

Il 20 dicembre il team Kepler ha annunciato la scoperta dei primi pianeti extrasolari di dimensioni terrestri, Kepler-20 e ^[88] e Kepler-20 f , ^[89] in orbita attorno a una stella simile al Sole, Kepler-20 . ^{[90] [91] [92]}

Basandosi sulle scoperte di Kepler, l'astronomo Seth Shostak ha stimato che "entro un migliaio di anni luce dalla Terra ci sono almeno 30 000 pianeti abitabili. ^[93] Sempre in base alle scoperte il team di Kepler ha stimato che ci sono "almeno 50 miliardi di pianeti nella Via Lattea e che almeno 500 milioni di questi sono nella fascia abitabile". ^[94] Nel marzo 2011 gli astronomi del Jet Propulsion Laboratory della NASA hanno affermato che "ci si aspetta che tra l'1,4% e il 2,7% di tutte le stelle simili al Sole ospiti pianeti simili alla Terra nelle rispettive fasce di abitabilità". Ciò significa che ci sono almeno "due miliardi" di pianeti simili alla Terra solo nella nostra Via Lattea. E considerando che ci sono almeno 50 miliardi di galassie nell'universo osservabile. il totale dei pianeti abitabili potenziali sale a 100 miliardi di miliardi. ^[95] Tra i pianeti scoperti notevoli c'è il sistema di KOI-55 , una stella morente i cui pianeti sono stati individuati non tramite transito ma utilizzando la luce riflessa dagli stessi e la sua variazione durante la loro orbita. ^[96]

2012

Nel gennaio un team internazionale di astronomi ha comunicato che ogni stella della Via Lattea mediamente ospita almeno 1,6 pianeti e ciò implica che nella nostra sola galassia esistano oltre 160 miliardi di pianeti in sistemi planetari. ^{[97] [98]}

Kepler nella sua attività di monitoraggio della luminosità delle stelle selezionate non solo ha registrato i transiti dei pianeti ma anche i brillamenti di queste stelle. Alcuni di questi brillamenti sono stati fino a 10 000 volte più potenti del più grande brillamento solare mai registrato, l' evento di Carrington nel 1859. Una spiegazione per tali superflare è che siano dovute all'interazione con dei pianeti gioviani caldi , molto massicci e vicini alla superficie della stella. ^[99]

Durante il 2012 la tecnica delle Transit Timing Variation (TTV), utilizzata per la conferma di Kepler-9 d , ha cominciato ad essere usata in modo estensivo, confermando sempre più pianeti tramite le analisi della perturbazione della periodicità dei transiti, dovute a pianeti non transitanti. ^[100] Il 16 ottobre è stato scoperto il primo pianeta in un sistema stellare quadruplo, Kepler-64 , ed è anche il primo pianeta individuato dal sito planet hunters. ^[101]

Suddivisione in base alla dimensione dei 2740 candidati pianeti di Kepler, in base ai dati resi noti il 7 gennaio 2013.

Nel 2012 il catalogo dei pianeti candidati ha subito solo un aggiornamento, senza notevoli espansioni, con l'eliminazione di 5 candidati (da 2326 a 2321) ^[102]

2013

Il 7 gennaio il team della missione Kepler ha pubblicato una nuova versione del catalogo dei candidati, aggiungendone 461 ed eliminandone 42, facendo così salire il totale a 2 740 candidati in orbita attorno a 2 036 stelle. I candidati sono suddivisi in 351 pianeti di dimensione terrestre, 816 superterre, 1 290 nettuniani, 202 gioviani e 81 più grandi di Giove. Anche in questa release viene confermata la tendenza di quelle precedenti verso un aumento dei candidati più piccoli, in quanto le terre hanno visto un aumento del 43%, le superterre del 21%, mentre quelli maggiori hanno subito un aumento nettamente minore. Probabilmente perché più facili da vedere e ormai già tutti scoperti. Più il tempo passa più Kepler sarà in grado di confermare pianeti piccoli e con orbite molto larghe. ^[9]

Tra questi nuovi candidati spicca KOI-172.02, una superterra di poco più grande del nostro pianeta e nella fascia abitabile della sua stella, probabilmente il primo pianeta scoperto ad essere "un buon candidato per ospitare la vita extraterrestre". ^[103] Il pianeta è stato successivamente confermato e inserito nella lista ufficiale come Kepler-69 c il 18 aprile, insieme ad altri due pianeti molto simili alla Terra, Kepler-62 e e Kepler-62 f .

Uno studio degli astronomi del Caltech , sempre di gennaio, ha formulato una nuova stima dei pianeti presenti nella Via Lattea, portandola un valore compreso tra 100 e 400 miliardi. ^{[104] [105]} Lo studio è basato sul sistema di Kepler-32 e suggerisce che i sistemi multipli potrebbero essere la norma nella nostra galassia.

2014

Il 26 febbraio viene annunciata la scoperta, grazie ai dati di Kepler, di 715 nuovi pianeti intorno a 305 stelle; quattro di questi orbitano nella zona abitabile .

Il 17 aprile viene annunciata la scoperta del pianeta più simile alla Terra finora scoperto a cui viene dato il nome di Kepler-186f . Questo è più grande del 10% rispetto al nostro pianeta ed orbita intorno ad una nana rossa distante circa 500 anni luce da noi. Il pianeta dista dalla sua stella circa 58 milioni di chilometri e compie un'orbita in 130 giorni. Tutti questi fattori hanno spinto i ricercatori della NASA ad ipotizzare che questo pianeta abbia le caratteristiche per mantenere l'acqua allo stato liquido in superficie, così da poter consentire la nascita della vita. ^[106]

2015

L'8 gennaio viene annunciata la scoperta di due pianeti molto simili alla terra, denominati “ Kepler-438 b ” e “ Kepler-442 b ”, che sono di dimensioni leggermente superiori alla Terra e si trovano rispettivamente a 475 e 1100 anni luce di distanza dal sistema solare ^[107] ; in particolare Kepler-438b potrebbe avere una superficie rocciosa e temperatura ideale per possedere acqua allo stato liquido, ed è stato definito dalla NASA il pianeta più simile alla terra mai scoperto ^[108] .

Il 26 gennaio viene data notizia dalla NASA della scoperta di un sistema costituito da 5 pianeti rocciosi di dimensione inferiori a Venere , attorno alla nana arancione Kepler-444 , la cui età è stata stimata in 11,2 miliardi di anni (l'80% dell'età dell'universo) ^[109] .

Il 23 luglio viene annunciata ufficialmente la scoperta dalla NASA del pianeta Kepler-452 b . ^[110] Si tratta di un esopianeta che orbita attorno a Kepler-452 , una stella di classe G nella costellazione del Cigno , distante 1400 anni luce dal sistema solare . ^[111] Il pianeta è il primo oggetto dalle dimensioni simili a quelle terrestri ad essere stato scoperto orbitante nella zona abitabile di una stella molto simile al Sole . Il pianeta impiega circa 385 giorni terrestri per eseguire una rivoluzione , è più grande e si è formato prima del nostro pianeta. ^[112]

2017

A giugno 2017 la NASA ha pubblicato un aggiornamento del catalogo ^[113] planetario dei pianeti osservati da Kepler, con 219 nuovi pianeti candidati, dieci dei quali di dimensioni simili alla Terra ed orbitanti nella relativa fascia di abitabilità. A seguito di tale aggiornamento, l'ottavo della missione e l'ultimo che caratterizza la costellazione del Cigno ^[114] , son stati identificati 4034 esopianeti candidati.

2018

Nel gennaio 2018 vengono scoperti i pianeti extrasolari, confermato dall' INAF con il TNG , K2-141 b e c , di cui il primo di tipo terrestre e con un periodo di rivoluzione di appena 6,7 ore, e il secondo (più lontano) di tipo nettuniano. ^[115] A marzo 2018, in concomitanza con l'annuncio della scoperta di 95 nuovi esopianeti e che il satellite sta esaurendo il carburante ^[116] , sono stati confermati 2342 esopianeti scoperti dalla missione Kepler.

Il 30 ottobre 2018 un comunicato della NASA conferma che il carburante del satellite è esaurito e quindi la missione è terminata. ^[117]

Pubblicazione dei dati

Il team della missione originariamente aveva promesso di pubblicare i dati entro 1 anno dalle osservazioni, ^[118] ma tale piano è stato cambiato dopo il lancio, estendendo l'intervallo >Fine osservazioni-Pubblicazione dati< a ben tre anni. ^[119] Ciò ha creato forti critiche ^{[120] [121] [122] [123] [124]} ed ha così spinto il team scientifico di Kepler a distribuire i dati con una scaletta più dinamica: tre quarti dei loro dati entro 1 anno e 9 mesi dalla raccolta. ^[125] I dati fino al settembre 2010 (i quarti 4, 5 e 6) sono stati distribuiti a gennaio del 2012. ^[126]

Osservazioni successive da parte di altri

Periodicamente il team della missione Kepler rende pubblica una lista di candidati planetari ( Kepler Objects of Interest o KOI) al pubblico. Da queste informazioni team di astronomi nel mondo possono eseguire le misure di velocità radiali necessarie per la conferma dei pianeti, come è avvenuto per gli oggetti da Kepler-39 a Kepler-45 . Per esempio Kepler-40 , prima KOI-428, è stato confermato con i dati spettrometrici ottenuti dallo spettrografo échelle di SOPHIE nel 2010, ^[127] mentre nel 2011 è stata la volta di Kepler-39 , o KOI-423. ^[128]

Partecipazione del pubblico

Dal dicembre 2010 i dati pubblici di Kepler sono stati utilizzati dal progetto Zooniverse "Planethunters.org", il quale permette a dei volontari di cercare tra le curve di luce di Kepler il segnale di pianeti transitanti che potrebbero essere sfuggiti agli algoritmi automatici di rilevamento. ^[129]

A giugno 2011 gli utenti avevano identificato 69 candidati potenziali che erano sfuggiti agli scienziati del team della missione. ^[130] Il team pianifica di riconoscere pubblicamente il merito degli amatori che scoprono tali pianeti.

Nel gennaio 2012 il programma della BBC " Stargazing Live " ha trasmesso un appello pubblico per invitare volontari ad entrare nella ricerca effettuata da Planethunters.org. Ciò ha portato alla scoperta di un pianeta nettuniano da parte di due astronomi amatoriali. ^[131] Altri 100 000 volontari sono entrati nel progetto entro la fine di gennaio, analizzando più di un milione di immagini di Kepler. ^[132]

Kepler Input Catalog

Lo stesso argomento in dettaglio: Kepler Input Catalog .

Il Kepler Input Catalog (o KIC) è un database pubblico di circa 13,2 milioni di stelle, utilizzato per il Programma "Kepler Spectral Classification" e per la missione stessa. ^{[133] [134]} Il catalogo non è utilizzato per ricercare gli obiettivi di Kepler , in quanto solo una parte delle stelle che elenca (circa un terzo) può essere effettivamente osservata dal telescopio. ^[133]

Fine missione

A marzo 2018 è stato dichiarata la scarsità del propellente ( Idrazina ) che alimentava i propulsori e consentiva alle ruote di reazione di puntare il satellite. Poiché Kepler non era in un'orbita pericolosa per eventuali cadute sulla Terra o su corpi del sistema solare con conseguente rischio contaminazione, la missione è stata sfruttata sino ad esaurimento del combustibile ^[135] Il 6 luglio 2018 la NASA ha dichiarato di avere posto il telescopio in uno stato di ibernazione al fine di potere orientare il telescopio verso la Terra per poter scaricare gli ultimi dati acquisiti con la 18 esima campagna osservativa.

La missione è stata conclusa il 30 ottobre 2018 con comunicato della NASA in cui è avvenuta la conferma che il carburante era esaurito ^[117]

Note

Voci correlate

• Pianeti scoperti dalla missione Kepler
• Pianeti extrasolari confermati
• Pianeti extrasolari non confermati o controversi
• Kepler-16 (AB)b
• Kepler-22 b
• Kepler-47 (AB)b
• Kepler-186 f
• PlanetQuest

Altri progetti

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su Missione Kepler

Collegamenti esterni

• ( EN ) Kepler - Sito della missione .
• ( EN ) Kepler - Query di ricerca nel catalogo KOI .
• ( EN ) Kepler - Dati disponibili al pubblico .
• ( EN ) Kepler - Audio (27:02) - Cain/Gay - AstronomyCast (2010) .
• ( EN ) Kepler - Tabelle delle scoperte Archiviato il 1º aprile 2017 in Internet Archive ..
• ( EN ) Kepler - Ultime scoperte .
• ( EN ) New York Times - Novero dei pianeti scoperti, catalogo interattivo .
• ( EN ) Kepler - Guest Observer Program Archiviato il 27 agosto 2012 in Internet Archive ..
• ( EN ) Kepler - Asteroseismic Science Consortium (KASC) .
• ( EN ) Kepler - Panoramica sferico della stanza di pulitura prima della spedizione .

Cataloghi e database di pianeti extrasolari

• ( EN ) "The Extrasolar Planets Encyclopaedia" ( Osservatorio di Parigi )
• ( EN ) "The Habitable Exoplanets Catalog" (PHL/ UPR Arecibo )
• ( EN ) "New Worlds Atlas" ( NASA/JPL PlanetQuest)

V · D · M Jet Propulsion Laboratory
Missioni correnti	ACRIMSAT · AIRS · ASTER · GALEX · Jason 1 · InSight · Interferometro Keck · LBT · Mars 2020 · 2001 Mars Odyssey ·MISR · MLS · MRO · MSL · QuikSCAT · TES · TOPEX/Poseidon · Voyager
Missioni passate	Cassini-Huygens · Dawn · Deep Impact · Deep Space 1 · Deep Space 2 · Explorer · Galileo · Genesis · GRACE · GRAIL · Herschel Space Observatory · IRAS · Kepler · Magellan · Mariner · Mars Climate Orbiter · Mars Exploration Rover · Mars Global Surveyor · Mars Observer · Mars Pathfinder · Mars Polar Lander · NSCAT · Pioneer · Phoenix · Ranger · Rosetta · SeaSat · SIR · SME · SRTM · Stardust · Surveyor · Spitzer · SVLBI · Ulysses · Viking · WIRE · WFPC
Missioni future	Psyche · Lucy · Europa Clipper
Organizzazioni collegate	Caltech · NASA · Deep Space Network · Goldstone Complex

V · D · M Missioni del Programma Discovery
Previste	Lucy · Psyche
In corso	InSight · ASPERA-3
Concluse	Dawn · Missione Kepler · NEAR Shoemaker · Mars Pathfinder · Lunar Prospector · Deep Impact · Stardust /NExT · Genesis · Moon Mineralogy Mapper · Gravity Recovery and Interior Laboratory · EPOXI · MESSENGER
Fallite	CONTOUR
Voci correlate: Esplorazione spaziale

V · D · M Ricerca dei pianeti extrasolari
Ricerca dalla Terra	Velocità radiali AAPS · APF · CORALIE · EAPSNet · ELODIE · ELT · ESPRESSO · FINDS Exo-Earths · HARPS e HARPS-N , parte del GEPS · HEK · HIRES · LCES · MARVELS · MPSP · NESSI · OPSP · PARAS · SOPHIE · Systemic Rilevamento diretto HiCIAO · GPI · Project 1640 · SEEDS · SPHERE Transito APACHE · ExTrA · HATNet · HEK ·KELT · MEarth · NGTS · PlanetQuest · SuperWASP · TrES · XO · SPECULOOS · TRAPPIST Microlensing MicroFUN · MOA · OGLE
Ricerca dallo spazio	Completate EPOXI (2005-2013) · SWEEPS (2006) · CoRoT (2006-2013) · Kepler (2009) In corso MOST (2003) · GAIA (2013) ·TESS (2018) · CHEOPS (2019) Programmate JWST (2021) · PLATO (2024) Proposte ATLAST · EXCEDE · New Worlds Mission · PEGASE · WFIRST/Roman Cancellate Darwin · EChO · Eddington · SIM · Terrestrial Planet Finder · FINESSE

Portale Astronautica : accedi alle voci di Wikipedia che trattano di astronautica