Надо Знать

добавить знаний



Кеплер (орбитальный телескоп)


Kepler Mission Space Photometer smaller.jpg

План:


Введение

Орбитальный телескоп "Кеплер" ( англ. Kepler ) - Космический телескоп НАСА, предназначенный для поисков экзопланет. Назван в честь Иоганна Кеплера (1571-1630), немецкого философа, математика, астронома, астролога и оптика.

Первичный подрядчик - "Ball Aerospace". Телескоп был запущен 7 марта 2009 с космодрома на мысе Канаверал в штате Флорида. [1] На орбиту аппарат вывела ракета-носитель Delta II. Дважды, в январе 2006 и в марте 2006 запуск откладывался из-за финансовых проблем. Миссия будет стоить примерно 467 000 000 долларов.


1. Описание миссии

Старт ракеты "Дельта II" с "Кеплером"

Миссия "Кеплер" продлится три с половиной года. Все это время он будет наблюдать около 100 тысяч подобных Солнце звезд, вокруг которых могут обращаться экзопланеты. Аппарат искать планеты, находящиеся вне Солнечной системы, при помощи транзитного метода. Когда планета проходит диском своей звезды, она закрывает от наблюдателя часть ее излучения. Анализируя колебания яркости светил, астрономы могут не только находить планеты, но также приблизительно оценивать их размер.

"Кеплер" вращаться вокруг Солнца по орбите радиусом около одной астрономической единицы. Фактически, "Кеплер" повторять путь нашей планеты, вращается вокруг Солнца. Такое расположение позволяет телескопу постоянно следить за одними и теми же звездами. Телескоп "Хаббл", например, лишен этого преимущества.

На момент запуска астрономами было обнаружено около 350 экзопланет. Большинство из них являются газовыми гигантами вроде Юпитера. На таких планетах не могут развиваться организмы земного типа, а именно обитаемость экзопланет всего интересует ученых. "Кеплер" сможет находить планеты меньшего размера, пригодны для жизни.

8 апреля 2009 инженеры NASA дали команду на подачу тока через специальный плавкий провод, разрушился и освободил эллиптическую крышку, предназначенную для защиты объектива от пыли [2]. Она плавно отделилась и Кеплер начал наблюдение участка Млечного пути. Эта операция была критической для успеха и должна была пройти без сбоев - Кеплер находится настолько далеко от Земли, что туда не летают астронавты. Исправить ошибку возможности не было.

В апреле же Кеплер сделал первые снимки. [3]


1.1. Космический аппарат

Компоненты телескопа Кеплер

Космический аппарат имеет телескоп системы Шмидта, приспособленный для поиска далеких планет из космоса. Через корректирующую "линзу" особого профиля диаметром 95 см свет падает на главное зеркало телескопа, размер которого - уже 1,3 метра. Отраженный от зеркала свет собирается в главном фокусе, где расположена мозаика из 21 пары специально созданных астрономических ПЗС -матриц, способных зафиксировать почти каждый падающий на них фотон (эффективность человеческого глаза - в десятки раз меньше). Вся мозаика имеет размер примерно 30 см на 30 см и состоит из 95 мегапикселей. Это самая ПЗС-матрица из всех, когда-либо запускались в космос.

Большое зеркало и специальная матрица необходимые для высокой точности измерений блеска. Фотоны на матрицу падают нерегулярно, и существуют нерегулярные и несокрушимые (так называемые Пуассона) флуктуации их количества. Они пропорциональны квадратному корню из числа фотонов, и если нужно измерить блеск с точностью 10% (1:10), потребуется не менее 100 фотонов, с точностью 1% (1:100) - не менее 10 000 фотонов, а с точностью 0,002% , которой должен достичь Кеплер, (1:50 000) - не менее 2,5 миллиардов квантов от каждой звезды. Даже метровым зеркалом телескопа придется накапливать фотоны по полчаса на каждую экспозицию.

В своих поисках "Кеплер" полагаться на второй по эффективности метод поиска внесолнечных планет - метод транзитов. Когда какое-то непрозрачное тело проходит перед диском звезды, ее блеск едва заметно меняется. Чтобы тень на нас упала, орбита планеты должна быть наклонена под очень небольшим углом к ​​лучу зрения. Такие шансы невелики - например, земную тень можно разглядеть лишь примерно с каждой сотой звезды в окрестностях Солнца (эти звезды должны лежать в узкой полосе шириной примерно полградуса вокруг эклиптики). Поэтому "Кеплер" должен наблюдать сразу очень много звезд. Астрономы решили ограничиться сотней тысяч.

Кроме того, падать на нас будут даже не тени, а полутени: планеты слишком малы, чтобы полностью закрыть своим телом диск далекого светила. Например, Земля, проходя диском Солнца, закрывает для далекого наблюдателя лишь 0,008% его поверхности, и примерно на столько же падает его блеск. А значит, измерять блеск надо с огромной точностью - в тысячные доли процента. Это требует точной и стабильной фотометрии (измерений блеска) - и "Кеплер" сможет измерять изменения блеска звезд с точностью от 0,002% для ярких до 0,008% для слабых. Наконец, прохождения тени нужно не упустить - для стороннего наблюдателя прохождения Земли диском Солнца длится не более 10 часов, а повторяется оно лишь один раз в год. Кроме того, периоды далеких планет мы не знаем, и когда они пройдут перед диском снова, заранее никому неизвестно. Поэтому "Кеплер" должен непрерывно смотреть на небо. Телескоп с диаметром зеркала чуть меньше метра делает замеры каждые 10 минут, анализируя данные о звездах, находящихся на расстоянии до трех тысяч световых лет от Земли.

участок Млечного пути, по которому наблюдать "Кеплер"

Этим он и займется, только выйдет на орбиту и видладить всю свою аппаратуру: в течение трех с половиной лет (а если программа будет продолжена, то и дольше), телескоп наблюдать одну и ту же область неба размером примерно 100 квадратных градусов на грани созвездий Лебедя и Лиры вблизи плоскости нашей Галактики. Прерывать свою вахту космический аппарат будет лишь на несколько часов раз в три месяца, чтобы переориентировать антенну на Землю. Сбрасывать накопленную информацию на Землю прибор будет примерно раз в месяц.

Орбита Земли и Кеплера, выравнивание в точках солнцестояния и равноденствия

Ради непрерывности и стабильности наблюдений телескоп выведен на не совсем обычную орбиту. "Кеплер" будет находиться за несколько миллионов километров вблизи Земли на несколько витягнутиший, чем земная, орбите, медленно удаляясь от нашей планеты (примерно на 40 тысяч километров в сутки). Он постоянно находиться в солнечных лучах, и его нагрев - а значит, и шумы аппаратуры - не меняться вследствие перехода в земную тень и обратно.

Кроме того, чтобы исключить возможные колебания чувствительности телескопа (например, через медленную деградацию оптики - от микрометеоритов - или камеры - от космических лучей), блеск каждый раз исчисляться относительно соседних звезд и предыдущих кадров. Это так называемая двойная (в пространстве и во времени) дифференциальная фотометрия.

На 95 мегапикселях разместится 100 тысяч звезд, вокруг которых телескоп искать планеты. Они расположены на расстояниях от 600 до 3000 световых лет от нас в рукаве Ориона нашей Галактики (Рукав Ориона мы видим и в созвездии Лебедя). 170 000 кандидатов на наблюдения уже отобраны. В течение года телескоп будет следить за каждым из них, а затем сконцентрируется на 100 тысячах, показывающие самые "случайные" колебания блеска (они могут возникать за счет пятен, вспышек и тремтинь поверхности - в общем, активности самого светила).

Это будут звезды трех спектральных классов - желтые звезды класса G, похожи на наше Солнце, белые звезды класса A, которые ярче и горячее наше светило, и красные карлики класса M, тусклее Солнца. Зависимости от яркости светила, зона жидкой воды находится на разных расстояниях от звезды - она ​​ближе для тусклых звезд и впредь ярких.

Продолжительность основной миссии "Кеплера" - 3,5 года, а для уверенного обнаружения планеты ученые наблюдать не менее 3 прохождений кандидата диском светила. Поэтому, если планеты есть вокруг большинства звезд, будет найдено больше планет в зоне жидкой воды у красных и желтых звезд, а планетам, находящихся на орбитах в (широкой) зоне жидкой воды вокруг звезд класса A, может и не хватить времени на три полных обороты. Ученые считают, что уже в первые полгода найдут немало "горячих юпитеров", периоды которых могут составлять лишь несколько суток - по современным оценкам, они вращаются вокруг каждой десятой звезды, а может, и чаще. Четыре таких планеты уже известны - они были обнаружены с Земли, и их "переоткрытие" "Кеплером" станет неплохим тестом его возможностей.

Планет, похожих на Землю, придется ждать минимум два года, а скорее всего - и все три. Раньше они просто не успеют сделать необходимые три оборота. Кроме того, ученые собираются не публиковать данные о новых планеты, пока не подтвердят их параметры наблюдениями на крупных телескопах с Земли. Это может еще несколько задержать обнародование данных о новых планет.

Сколько таких планет найдется - никто сказать пока не может. Если у всех, похожих на Солнце звезд, есть похожие на Землю планеты на таких же расстояниях, как Земля, мы сможем увидеть несколько сотен землеподобные планеты - тех, которые отбрасывают тень в нашу сторону. Но это максимальное значение. Участники проекта рассчитывают, скорее, на несколько десятков.


1.2. Цель

Научная цель телескопа Кеплер заключается в том, чтобы исследовать структуру и разнообразие планетарных систем. Для этого, рассматривая многие звезды, необходимо достичь нескольких целей:

  • Определить сколько планет, подобных Земле, и больших планет находится возле пригодной для жизни зоны звезд всех спектральных типов.
  • Вычислить диапазон размеров и форм орбит этих планет.
  • Оценить количество планет, находящихся в системах кратных звезд.
  • Определить диапазон размеров орбиты, яркости, диаметра, массы и плотности короткопериодических планет-гигантов.
  • Выявить дополнительных членов в каждой обнаруженной планетарной системы, используя другие методики.
  • Изучить свойства тех звезд, в которых обнаружены планетарные системы.

2. Результаты

В начале 2010 года на конференции Американского астрономического общества было объявлено [4] об открытии телескопом "Кеплер" первых пяти экзопланет. Маленькая из найденных планет по своим размерам сопоставима с Нептуном, четыре другие большие Юпитера. Ни одна из них не относится к планетам земного типа, поиск которых является главной задачей "Кеплера". Все пять планет вращаются на очень близких к звездам орбитам и совершают один оборот за три-пять дней. Температура их поверхности превышает температуру раскаленной лавы.

Сообщая о результатах работы телескопа, представитель NASA также сообщил об обнаружении неизвестного объекта, вращающегося вокруг звезды, но не является ни планетой, ни белым карликом. Этот объект горячее самой звезде и по своим размерам превышает белые карлики.

На начало февраля 2011 года "Кеплер" нашел 1235 внесолнечных планет. Размер 68 из них сравним с размером Земли, а 288 относятся к классу так называемых Суперземель (то есть они больше нашей планеты, но существенно меньше газовых гигантов Солнечной системы). Еще 662 планеты по диаметру сравнению Нептуном, 165 - с Юпитером, а 19 из найденных небесных тел больше этого газового гиганта. В так называемой зоне обитаемости своих звезд располагаются 54 из обнаруженных "Кеплером" планет. Размер пяти планет из жилой зоны сравним с размером Земли. Еще одна интересная находка телескопа - похожая на Солнце звезда Kepler-11, вокруг которой вращается шесть планет. Это самая большая из известных планетных систем. [1], [2], [3]


3. Работу телескопа Кеплер планируется продлить до 2016г.

Ранее было запланировано, что работа космического телескопа Кеплер продлится всего до ноября 2012г. Однако, пользуясь советом ведущих астрономов мира и принимая во внимание огромный вклад телескопа в области открытия новых экзопланет, НАСА решило продолжить работу телескопа до 2016г. [5] Дело в том, чтобы убедитесь в существование вокруг звезды экзопланеты, следует видспостеригаты несколько раз транзит экзопланеты, требующая длительного периода непрерывных наблюдений, которые может проводить телескоп Кеплер.


4. См.. Также

5. Сноски


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам