Misión Kepler

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Nota de desambiguación.svg Desambiguación - Si usted está buscando para el servicio de transporte de carga europea del mismo nombre, véase ATV-002 Johannes Kepler .
( ES )

"Si encontramos muchos planetas como el nuestro ... sabremos que es probable que no estemos solos y que algún día podamos unirnos a otra vida inteligente en el universo".

( ES )

"Si encontramos muchos otros planetas similares al nuestro, sabremos que lo más probable es que no estemos solos, y que algún día tal vez podamos alcanzar otras formas de vida inteligente en el universo".

(William J. Borucki, investigador principal de la misión Kepler de la NASA [1] )
Misión Kepler
Emblema de la misión
Kepler Logo.png
Imagen del vehículo
Telescopio-KeplerSpacecraft-20130103-717260main pia11824-full.jpg
Imagen artística del telescopio espacial Kepler
Datos de la misión
Operador Estados Unidos NASA
ID de NSSDC 2009-011A
SCN 34380
Destino Observación astronómica
Nombre del vehiculo Kepler
Vector Delta II (7925-10L)
Lanzamiento 7 de marzo de, 2009
Lugar de lanzamiento Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral , HALL 17B
Fin de operación 15 de noviembre 2018 [2]
Duración esperado: 3,5 años
efectivo: 9 años, 7 meses y 23 días
Propiedad de la nave espacial
Masa 1 039 kg
Peso de la carga 478 kilogramos
Constructor Bell Aerospace
Instrumentación Espejo principal con apertura de 95 cm
Parámetros orbitales
Orbita heliocéntrico
Período 372,5 días
Inclinación 0.44765 °
Excentricidad 0.03188
Semieje mayor 1.01319 au
Sitio oficial
Programa de descubrimiento
Misión anterior Próxima misión
Amanecer GRIAL

La misión Kepler es una misión espacial de la NASA parte del programa Discovery , cuya finalidad era la investigación y la confirmación de la Tierra-como los planetas que orbitan otras estrellas distintas al Sol , usando el telescopio espacial Kepler. [3] La nave espacial, llamada así en honor del astrónomo alemán del siglo XVII Johannes Kepler , [4] fue lanzado con éxito el 7 de marzo de 2009. [5]

El telescopio de Kepler "específicamente diseñado para controlar una porción de nuestra región de la Vía Láctea y descubrir docenas de planetas como la Tierra o cerca de la zona habitable y determinar cuántos de mil millones de nuestra galaxia de las estrellas tienen planetas." [6] Para ello, un fotómetro supervisa constantemente el brillo de más de 145.000 secuencia principal estrellas en su campo de vista fijo, cerca de las constelaciones del Cisne , Lira y el dragón . [7] Los datos se transmiten a la tierra, donde fueron analizados para disminuciones periódicas en el brillo estrella causadas por exoplanetas que pasan delante de su estrella. En abril de 2013, el equipo de Kepler ha identificado 2.740 candidatos a planetas y confirmada 121 más . [8] [9] en enero de 2013 un grupo de astrónomos del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica estimada a partir de los datos de Kepler que "al menos 17 mil millones" exoplanetas similares a la Tierra residen en la Vía Láctea. [10]

El programa de descubrimiento , de los cuales Kepler era una parte, se compone de bajo costo de misiones científicas se centraron en objetivos específicos. La construcción de las operaciones iniciales del telescopio y fueron manejados por el Jet Propulsion Laboratory , junto con Ball Aerospace , responsable del desarrollo del sistema de vuelo. El Centro de Investigación Ames ha sido responsable del desarrollo de los sistemas de tierra, operaciones de la misión desde diciembre de 2009 y el análisis de datos científicos. El tiempo previsto para la misión era inicialmente de 3,5 años, pero fue ampliado varias veces hasta que terminó oficialmente en octubre de 2018 [11] , con la desconexión del centro de control en tierra del mes siguiente. [12]

Durante sus más de nueve años y medio de servicio, Kepler observó 530.506 estrellas y detectó 2.662 planetas. [13]

Características técnicas

Diagrama de telescopio destacando sus principales componentes.

El telescopio poseía una masa de 1 039 kg y consistía en un espejo primario de 1,4 m en diámetro y con una abertura de 0,95 m . El instrumento tenía un campo de visión de 115 grados cuadrados (alrededor de 12 ° de diámetro), lo que equivale a la zona subtendida por un punzón de brazo recto, 105 de los cuales son útiles para datos de calidad científica y con menos de 11% de viñeteado . El fotómetro tenía un enfoque suave efecto, obteniendo así excelentes fotométricos mediciones en lugar de imágenes nítidas. El objetivo tenía una precisión combinada diferencial fotométrica (CDPP) de 20 ppm para una estrella de tipo solar 12 grados y un periodo de integración de 6,5 horas, aunque las observaciones no lograr este objetivo.. El tránsito de un planeta terrestre produce una variación de brillo de 84 ppm y dura aproximadamente 13 horas.

Cámara

Array de Kepler de sensores: que se montan sobre una superficie curva para compensar la curvatura de campo de Petzval .

El plano focal de la cámara telescópica consistía en una matriz de 42 CCD sensores, cada uno con un tamaño de 2200 × 1024 píxeles . Por lo tanto, la cámara poseía una resolución total de 95 megapíxeles, lo que la convierte en la más grande jamás lanzada al espacio en ese momento. [14] [15] Los sensores se enfriaron por calor tubos conectados a un radiador externo. [dieciséis]

Los sensores CCD se leyeron cada 6 segundos, para limitar su saturación, y las imágenes se generaron a bordo del instrumento sumando estas lecturas durante 30 minutos. Aunque Kepler tuvo la tasa de salida de datos más alta de cualquier otra misión de la NASA en el lanzamiento, la suma de la imagen de 95 millones de píxeles por 30 minutos constituye más información que puede ser almacenada y transmitida a la Tierra. Por lo tanto, el equipo preseleccionó los píxeles asociados a cada estrella de interés, es decir, el 5% del total. Los datos de estos pixels fue posteriormente re-cuantificado, comprimido y almacenado, junto con datos auxiliares, en el bordo de 16 GB de memoria de estado sólido duro. Los datos almacenados y descargados a la Tierra incluían imágenes de estrellas del proyecto, manchas, nivel de negro, fondo y campo completo. [dieciséis]

Espejo primario

Espejo primario de Kepler mide 1,4 metros de diámetro y fue 86% más ligero que un espejo sólido del mismo tamaño, utilizando una estructura de soporte de panal de abeja. [17] El soporte de cristal del espejo fue hecha por la fábrica de vidrio Corning Inc. , utilizando Ultra vidrio de baja expansión ( o vidrio ULE). [18] Desde el telescopio necesaria sensibilidad muy alta fotométrica para detectar planetas tan pequeño como el objetivo de la misión, se requirió una capa de espejo muy reflectante para eliminar cualquier posible efecto negativo de imperfecciones de la superficie. Usando físico de haz de electrones de deposición de vapor , Surface Optics Corp. aplica una capa protectora de 9 capas de plata y nitruros para aumentar la reflexión y una capa dieléctrica de interferencia para minimizar manchas de color y absorción de humedad. Atmosférica. [19] [20]

Cronología de la misión

Lanzamiento de Kepler el 7 de marzo 2009

En enero de 2006, el lanzamiento del telescopio se retrasó ocho meses debido a los recortes presupuestarios de la NASA y otros cuatro meses en marzo del mismo año debido a problemas fiscales. Durante este período, el diseño de la antena de alta ganancia fue cambiado, dando el cardán y conectándolo directamente al chasis nave espacial, reduciendo así los costes y la complejidad, en el costo de un día de observación por mes perdido. [21]

El telescopio espacial Kepler fue lanzado el 7 de marzo de 2009 a las 03:49:57 UTC (Marzo 6 10:49:57 pm EST) a bordo de un Delta II lanzador de la estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral , Florida. [5] [22] El lanzamiento fue un éxito completo y las tres fases se completa a las 04:55 GMT. La cubierta telescopio fue expulsado el 7 de abril, y la primera luz se tomaron imágenes al día siguiente. [23] [24]

El 20 de abril de 2009, el equipo científico de Kepler anunció que nuevas mejoras en el fuego aumentarían significativamente la calidad de los datos de retorno. [25] La siguientes al 23 de abril se anunció que el objetivo había sido optimizado con éxito moviendo el espejo primario de 40 micrómetros hacia el plano focal y la inclinación por 0,0072 grados. [26]

El 13 de mayo de 2009 a las 01:01 GMT Kepler completado con éxito la fase de preparación y comenzó su búsqueda de exoplanetas. [27] [28]

El 19 de junio de 2009, la nave espacial transmitió con éxito sus primeros datos científicos a la Tierra. Resultó que Kepler entró en "modo seguro" el 15 de junio y por segunda vez el 2 de julio. Ambos eventos fueron provocados por un "reinicio del procesador". El telescopio volvió a su funcionamiento normal el 3 de julio y los datos recopilados desde el 19 de junio se transmitieron a la Tierra ese día. [29] El 14 de octubre de 2009, se determinó que la causa de estos eventos telescopio "seguros" era un generador eléctrico para bajo voltaje, que alimenta el RAD750 procesador. [30] El 12 de enero de 2010, una porción del plano focal transmite datos anómalos, que indica un problema con el plano focal del módulo MOD-3, que controla 2 de 42 CCDs de Kepler [31] .

Transmite Kepler alrededor de 12 gigabytes de datos a la tierra [32] aproximadamente una vez al mes [33] , un ejemplo de una descarga de este tipo es el de 22-23 de noviembre de 2010. [34]

El 14 de julio de 2012, una de las cuatro ruedas de reacción utilizadas para bien apuntando el telescopio fallidos. [35] Aunque Kepler requiere sólo tres de las ruedas de reacción para posicionarse con precisión, el fallo de otro habría hecho que la sonda no puede seguir su misión y poner en peligro la misión extendida. [36]

El 17 de enero de 2013, la NASA anunció que una de las tres ruedas de reacción restantes, la número 4, mostraba signos de mayor fricción y que Kepler operaría de forma intermitente durante 10 días como una posible solución al problema. Si la segunda rueda también había fracasado la misión habría sido terminado [37][38] . El 29 de enero, la NASA anunció un exitoso retorno al modo normal de recogida de datos, [39] a pesar de que la rueda de reacción continuó a exhibir altos niveles intermitentes de fricción. [40]

El 29 de abril de 2013, una actualización del gerente informó que la cuarta rueda de reacción continuaba mostrando signos de fricción y deterioro y que el equipo estaba considerando tomar medidas en caso de que la rueda fallara por completo, posiblemente cambiando al control de orientación a través de los propulsores. [41] Un contacto en el 3 de mayo siguiente mostraron que el telescopio había entrado en modo de seguridad, pero parece que esto no está relacionado con el mal funcionamiento de las ruedas de reacción. El telescopio posteriormente regresó al modo normal de datos teniendo en los siguientes 6 de mayo de [42]

El 15 de mayo de 2013 se anunció que la rueda de reacción 4 había dejado de funcionar definitivamente. El telescopio estaba en modo de seguridad controlado por propulsor, posiblemente debido a la pérdida de orientación, y giraba lentamente. A la orden de detener la rotación, el equipo descubrió la falla de la cuarta rueda de reacción, probablemente debido a la falla estructural del propio rodamiento. Después de esto, el telescopio se puso en modo de PRS (Punto Resto Estado), con el objetivo de descanso, un nuevo modo diseñado para el caso de que permite el contacto continuo con la Tierra. [43] Durante las próximas semanas, el equipo trató de restablecer la funcionalidad del telescopio, tratando tanto la reutilización de la rueda de reacción primera fallado y hélice de control.

El 19 de agosto de 2013, la NASA anunció que resultó imposible reparar el telescopio, por lo que no podría volver a estar operativo para la búsqueda de exoplanetas. El sistema de estabilización, que consta de cuatro gyroscope- como dispositivos y esencial para obtener la precisión necesaria, no era reparable. La NASA ha predicho que aún podrá utilizar el telescopio para otros fines que no sean la búsqueda de exoplanetas potencialmente capaces de albergar vida. [44]

Rendimiento

En términos de rendimiento fotométrico, Kepler trabajó bien, mejor que cualquier telescopio terrestre, aunque por debajo del objetivo del proyecto. Este objetivo fue una precisión combinada diferencial fotométrica (CDPP) de 20 ppm para una estrella de magnitud 12 en 6,5 horas de la integración: esta estimación se calcula teniendo en cuenta una variabilidad de las estrellas de 10 ppm, aproximadamente el valor de la energía solar variabilidad. La precisión obtenida en cambio para este tipo de observación tiene un amplio rango de valores, dependiendo de la estrella y su posición en el plano focal, con una mediana de 29 ppm. Gran parte del ruido adicional se debió a una mayor variabilidad en las propias estrellas, alrededor de 19,5 ppm, mientras que el resto se debió a fuentes de ruido instrumental mayores de lo esperado. [45] Se está trabajando para comprender mejor el ruido instrumental y lo elimina. [46]

Puesto que la señal de un tránsito planeta terrestre está muy cerca al nivel de ruido (aproximadamente 80 ppm), el aumento de esto implica para cada evento de tránsito solo un nivel de significancia de 2,7 σ, en lugar de la σ diseño 4. Esto, a su vez, significa que es necesario observar más tránsitos para estar seguros de la revelación de un planeta. Las estimaciones científicas habían indicado el tiempo necesario para que la misión encontrara todos los planetas terrestres en tránsito en 7-8 años, contra el 3,5 originalmente planeado. [47] El 4 de abril de 2012, se aprobó la misión extendida de Kepler hasta el año fiscal 2016. [48] [49]

Orientación y órbita

Volumen de búsquedas Kepler 's en la Vía Láctea.
Campo de Kepler de la visión en las constelaciones del Cisne , la lira y el dragón .

Kepler estaba en una órbita heliocéntrica , [50] [51] que evitó ocultaciones de la Tierra, la luz dispersada , gravitacionales perturbaciones y momentos de torsión asociados con las órbitas de la Tierra. El fotómetro señaló su campo de visión hacia las constelaciones del Cisne , la lira y el dragón , lejos del plano de la eclíptica , para que la luz del sol nunca entró en el fotómetro durante su órbita. El campo también no fue oscurecido por cualquiera de la correa de Kuiper o la principal . [dieciséis]

Esta es también la misma dirección del movimiento del Sistema Solar alrededor del centro de la Galaxia. En consecuencia, las estrellas observadas por Kepler son más o menos a la misma distancia del centro galáctico del Sol y tan cerca del plano galáctico. Esta condición podría ser importante si habitabilidad depende de la ubicación en el Galaxy, como lo sugiere la hipótesis de la rareza de la Tierra .

La órbita de Kepler ha sido definida por la NASA como la de la Tierra arrastrando [52] , ya que el período de revolución de 372,5 días, más tiempo que la de la Tierra, hace que el telescopio se retrase lentamente detrás de la Tierra.

Gestión

Representación de la órbita de Kepler. Paneles solares del telescopio se giran 90 ° cada solsticio y equinoccio .

Kepler fue operado por el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial ( LASP ), Boulder (Colorado) . Los paneles solares del telescopio se rotaron hacia el Sol cada solsticio y equinoccio , para optimizar el ángulo de incidencia de los rayos del sol y para mantener el radiador apuntando hacia el espacio profundo. [16] LASP controla el telescopio con sus constructores, bola Aerospace & Technologies Corp., desde un centro de control situado en la Universidad de Colorado campus. El LASP controló la planificación básica de la misión y la recopilación y distribución de datos iniciales. Se esperaba que el coste de ciclo inicial de la misión de ser $ 600 millones, incluida la financiación de 3,5 años de operación, este último extendió por la NASA en el año 2012 hasta el 2016 y, posteriormente, hasta el año 2018. [48] [16]

Comunicación

La NASA comunicó con el telescopio espacial utilizando la banda X enlace de dos veces por semana, para el envío de comandos y comprobar el estado. Los datos científicos, por otro lado, se han descargado una vez al mes, utilizando el enlace en banda Ka , con una tasa de transferencia máxima de alrededor de 550 kbps. Kepler mismo llevó a cabo los primeros análisis científicos parciales a bordo y se transmite sólo los datos considerados necesarios para la misión, con el fin de ahorrar ancho de banda. [53]

Gestión de datos

Datos de telemetría científica recogida durante las operaciones de la misión en LASP fue enviado para procesar al Centro de Datos Administración de Kepler (DMC), que se encuentra en el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial , en la Universidad Johns Hopkins campus en Baltimore, Maryland . Se ha decodificado los datos y procesada por el DMC en FITS formato y posteriormente enviado al Centro de Operaciones Científicas (SOC), que forma parte del Centro de Investigación Ames de la NASA, para la calibración y el procesamiento final. El SOC se había desarrollado y utilizado los datos necesarios herramientas de procesamiento para su uso por la Oficina de Ciencia Kepler (SO). En consecuencia, el SOC desarrolló el software de procesamiento de la tubería de procesamiento de datos, basado en los algoritmos científicos desarrollados por el SO. Durante las operaciones, el SOC:

  1. Recibió los datos calibrados del DMC;
  2. Aplicó los algoritmos de análisis para producir las curvas de luz de cada estrella;
  3. Buscó eventuales eventos de tránsito para la identificación de planetas (eventos de cruce de umbral o "eventos de cruce de umbral" (TCE));
  4. Validó los datos de los planetas candidatos probando su consistencia para eliminar falsos positivos.

El SOC también evaluó el rendimiento fotométrico de forma continua y proporcionó los datos obtenidos al SO y a la Oficina de Gestión de la Misión. Finalmente, el SOC desarrolló y mantuvo las bases de datos científicas del proyecto, incluidos los catálogos y los datos procesados. Finalmente, el SOC devolvió los productos de datos calibrados y los resultados científicos al DMC para su archivo y distribución a los astrónomos de todo el mundo, a través del Archivo Multimisión en STScI (MAST).

Campo de visión

Kepler campo de vista de diagrama junto con las coordenadas celestes .

Kepler tenía un fijo campo de visión : el diagrama de la derecha muestra las coordenadas celestes se organizaron de la zona y cómo los sensores de la cámara, junto con la posición de algunas estrellas brillantes. El sitio de la misión proporciona una calculadora que determina si un objeto está comprendido en el campo de la observación de Kepler y donde aparecería en los datos producidos, también se basa en el período de observación. Los datos de candidatos a exoplanetas fueron recogidos por el Programa de Kepler de Seguimiento con el fin de llevar a cabo observaciones de confirmación final.

Campo de visión de Kepler cubierta 115 grados cuadrados, aproximadamente 0,28% de la bóveda celeste : habría tomado alrededor de 400 telescopios como el Kepler para cubrir por completo. [54]

Objetivos y metodologías científicas

Objetivos científicos de Kepler fueron explorar la estructura y diversidad de sistemas planetarios . [55] El telescopio observa entonces una muestra de aproximadamente 140.000 estrellas con los siguientes objetivos principales:

  • Determinar cuántos terrestres y super planetas terrestres existen en la zona habitable , también llamada la Zona Ricitos de Oro, [56] de una variedad de estrellas.
  • Determine el rango de tamaño y forma de las órbitas de estos planetas.
  • Estima cuántos planetas hay en múltiples sistemas estelares.
  • Determinar la gama de tamaño de la órbita, el brillo, tamaño, masa y densidad de Júpiter calientes .
  • Identifique miembros adicionales de cada sistema descubierto mediante el uso de técnicas distintas del tránsito.
  • Determinar la propiedad de las estrellas que albergan sistemas planetarios.

La mayoría de los exoplanetas descubiertos antes de la implementación de Kepler por los otros proyectos eran gigantes de gas planetas, gran parte del tamaño de Júpiter o más grandes. Kepler fue especialmente diseñado para encontrar planetas 30 a 600 veces menos masivos, del orden de magnitud de la Tierra (Júpiter es 318 veces más grande que él). El método utilizado, el de tránsito , consiste en la observación repetida de los tránsitos de los planetas delante de sus estrellas. Esto provoca una disminución en la magnitud aparente de la estrella, del orden del 0,01% para un planeta del tamaño de la Tierra. La magnitud de la disminución del brillo de la estrella permite calcular el radio del planeta, conociendo el uno estelar, mientras que el intervalo entre los tránsitos proporciona una medida directa del periodo orbital de la objeto. De esto podemos calcular las estimaciones del semieje mayor de la órbita, usando la tercera ley de Kepler y de la temperatura del planeta.

La probabilidad de que una órbita planetaria aleatoria caiga a lo largo de la línea de visión con la estrella se obtiene dividiendo el diámetro de la estrella por el de la órbita. [57] Para un planeta terrestre que orbita a 1 AU de la estrella, la probabilidad de pasar frente a una estrella similar al Sol es de 0,465%, aproximadamente uno en 215. A 0,72 AU (la distancia orbital de Venus ), la probabilidad es ligeramente más alto, alrededor del 0,65%. Este último sería similar a la Tierra si la estrella anfitrión era más fría que el Sol , como Tau Ceti . Además, dado que los planetas de un sistema dado tienden a orbitar en un plano más o menos común, las posibilidades de observar múltiples sistemas son mayores. Por ejemplo, si un Kepler como misión conducida por observadores externos observó la Tierra, ya que transitó el Sol, habría un 12% de probabilidad de que también sería observar los tránsitos de Venus.

Campo de 115 grados cuadrados Kepler 's de vista dio el telescopio muchas más posibilidades de detectar planetas terrestres que Hubble , que tiene un campo de visión de sólo 10 arminutes cuadrados. Además, Kepler se dedicó a la detección de tránsitos planetarios, mientras que el telescopio Hubble se utiliza en una amplia gama de observaciones científicas y rara vez se observa un campo de estrellas de forma continua. De las aproximadamente 500.000 estrellas en el campo de visión de Kepler, se seleccionaron aproximadamente 140.000 para el estudio, [58] y observaron de forma simultánea, de tomar una medición de brillo cada 30 minutos. Esto proporcionó una mejor oportunidad de ver un tránsito. La probabilidad de 1/215 de observar un planeta terrestre orbitando a 1 UA en tránsito frente a la estrella significa que, si todas las estrellas estudiadas tuvieran el mismo diámetro que el Sol y un planeta terrestre de este tipo, Kepler habría podido descubrir hasta aproximadamente 465. Si solo el 10% de las estrellas poseyeran un planeta así, el número de planetas detectables se reduce a aproximadamente 46. Por lo tanto, la misión era adecuada para determinar la frecuencia de estos planetas terrestres a largo plazo que orbitan otras estrellas. [16] [59]

Ya que se necesitan al menos tres tránsitos para confirmar la naturaleza planetaria de las señales observadas en la estrella 's curva de luz, y dado que los planetas más grandes proporcionan una señal más fácil de procesar, los científicos esperaban que los primeros resultados sean para grandes planetas Júpiter en muy estrecha órbitas, los llamados Júpiter calientes . De hecho, los primeros de esta categoría se descubrieron después de solo unos meses de observación. Los planetas más pequeños o más alejados de la estrella tardaron más en confirmarse y el descubrimiento de estos no se esperaba en al menos los primeros tres años de observaciones. [50]

Cuando el telescopio Kepler observó algo similar a un tránsito que era necesario evaluar la posibilidad de que se trataba de un falso positivo con las observaciones posteriores, como la espectroscopia Doppler de la Tierra, antes de la confirmación final. [60] Aunque Kepler fue diseñado para la fotometría, se señaló que también era capaz de realizar astrometría medidas y dichas medidas podrían ayudar a confirmar o descartar candidatos. [61]

Además de los tránsitos, los planetas que orbitan sus estrellas muestran una variación en la cantidad de luz reflejada, al igual que la Luna y sus fases. Kepler no pudo resolver los planetas de las estrellas, pero se observó su brillo combinado, que varía periódicamente cada órbita del planeta. Aunque el efecto es pequeño incluso para planetas Júpiter en órbitas muy estrechos, comparable a la precisión requerida para un planeta como la Tierra, que fueron detectables por Kepler. [62] el tiempo largo de este método ha sido capaz de ayudar a encontrar incluso más planetas que con el tránsito, debido a que la luz reflejada en función de la fase orbital es en gran medida independiente de la inclinación orbital y no requiere que el planeta pasa por delante del disco estelar. Además, la función de fase de un planeta gigante también es función de sus propiedades térmicas y atmosféricas. Entonces, la curva de fase puede ayudar a inferir otras propiedades planetarias, como la distribución y el tamaño de las partículas en la atmósfera. [63] En este campo Kepler actúa como CoRoT . [64]

Los datos recogidos por Kepler también se han utilizado para el estudio de las estrellas variables de diversos tipos y para la realización de astrosismología estudios, [65] en particular para las estrellas que exhiben solar-como oscilaciones. [66]

Resultados de la misión por año

Una de las fotografías de Kepler, destacando dos puntos de interés. El norte celeste está en la parte inferior izquierda.
Detalle de la imagen de la izquierda muestra el cúmulo abierto NGC 6791 .
Detalle de la imagen de la izquierda con la posición de TrES-2 resaltados.

Como era de esperar, los primeros descubrimientos fueron todos los planetas que pertenecen a la clase de los Júpiter calientes , grandes planetas muy cercanos a sus estrellas, los factores que hacen que su identificación sea más fácil. A medida que la misión continuaba, se fueron descubriendo planetas con períodos más largos y tamaños más pequeños.

2009

El 6 de agosto de 2009, la NASA celebró una conferencia para discutir los primeros resultados de la misión Kepler. [67] En esta rueda de prensa se reveló cómo Kepler había confirmado la existencia de la ya conocida en tránsito planeta HAT-P-7 b y que el telescopio estaba funcionando bien y era capaz de detectar planetas terrestres. [68] [69]

Desde el descubrimiento de los planetas de Kepler depende de cambios muy pequeños en el brillo de las estrellas, las estrellas que son variables en su propio derecho, no son útiles para su investigación. [33] Ya en los primeros meses de datos, los científicos del equipo de Kepler descubrió que alrededor de 7.500 de las estrellas que fueron monitoreados estrellas variables. Luego fueron eliminados de la lista de objetivos, para ser reemplazados por nuevos candidatos. El 4 de noviembre de 2009, el proyecto Kepler distribuye las curvas de luz de las estrellas rechazados al público. [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

Magnifying glass icon mgx2.svg 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

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