Obserwatorium kosmiczne Kepler - chyba już czas na zasłużony spoczynek [AKT]

AKTUALIZACJA 2 LISTOPADA

Przez ostatnie dwa miesiące Kepler dzielnie pożytkował ostatnie krople paliwa, ale w końcu jego zapasy tak jak przewidywano się skończyły. Tym samym misja Kepler została oficjalnie zakończona. Jej kosmiczna część, bo dane, które sonda zgromadziła będą jeszcze długo analizowane.

Podsumowując. Przez prawie 10 lat ten teleskop obserwował ponad pół miliona gwiazd, wokół których udało się wykryć 2662 potwierdzone planety pozasłoneczne. Przy okazji Kepler zaobserwował 61 supernowych. W trakcie swoich obserwacji sonda zużyła niespełna 11 litrów paliwa.

AKTUALIZACJA 7 WRZESIEŃ

Zespół misji Kepler podjął pod koniec sierpnia decyzję, by rozpocząć 19 kampanię obserwacyjną w ramach misji K2 (drugie życie sondy Kepler). Obserwacje są prowadzone, ale nie wiadomo jaka przyszłość czeka tę sondę. Jeśli zastanawiacie się dlaczego jest ona niepewna, zachęcam do lektury tekstu poniżej.

TEKST Z 26 SIERPNIA

Teleskop kosmiczny Kepler znają chyba wszyscy czytelnicy Benchmarka. A przynajmniej ta „większa cześć”, która interesuje się doniesieniami o planetach pozasłonecznych. Często miały one desygnacje Kepler z numerkiem, co oznaczało że odkryto je w ramach misji wspomnianej sondy.

Każda sonda, która do swojej pracy potrzebuje paliwa rakietowego, prędzej czy później wyczerpie jego zapasy na pokładzie i będzie musiała zakończyć swoją naukową karierę. Tak dzieje się właśnie z Keplerem, który po raz kolejny w tym roku został celowo uśpiony by oszczędzać zapasy paliwa (przez całą misję miał do dyspozycji jedynie 12 kilogramów hydrazyny), a zarazem dać ekipie nadzorującej misję na Ziemi czas na podjęcie decyzji co do przyszłości sondy.

Dobra to okazja by przypomnieć sobie historię tego projektu, który w przyszłym roku będzie obchodził dziesięciolecie rozpoczęcia fazy badawczej (w fazę realizacji projekt wszedł już w 2001 roku).

Kepler sonda i Kepler od praw Keplera

Nazwa sondy bierze się od nazwiska Johannesa Keplera, niemieckiego naukowca, który w początkach XVII wieku sformułował powszechnie dziś znane trzy prawa rządzące ruchem planet. Co prawda nie jesteśmy portalem astronomicznym, ale warto je sobie przypomnieć.

Pierwsze prawo mówi, że planety poruszają się po orbitach eliptycznych (Słońce znajduje się w jednym z dwóch ognisk elipsy). Drugie mówi o tym, że ich prędkość polowa na orbicie jest stała. Mówiąc inaczej wektor wodzący położenia planety na orbicie zakreśla te same pola w tych samych odstępach czasu. Brzmi to skomplikowanie, ale chodzi o fakt, że blisko Słońca (rolę tegoż dla sondy wokółziemskiej pełni Ziemia) planeta czy jakikolwiek inny obiekt porusza się po orbicie szybciej niż będąc daleko. Dla orbity kołowej taka prędkość jest oczywiście stała.

Trzecie prawo mówi nam o stałości stosunku dużej półosi orbity w trzeciej potędze do kwadratu czasu jakim wyrażamy okres orbitalny dla różnych obiektów obiegających środek układu (w naszym przypadku Słońce).

Dlaczego o tym wspomniałem? Bo dopiero sformułowanie tych praw pozwoliło rewolucji kopernikańskiej zatoczyć pełne kręgi w świecie nauki, a potem w normalnym społeczeństwie. Teoria Kopernika była bardzo odważna, zrywała ze skostniałym poglądem na temat Wszechświata, ale nie była doskonała. Stanowiła tylko pierwsze z wielu przybliżeń obecnego porządku świata.

To co jako pierwszy uczynił Kepler leży u podstaw dzisiejszej astrodynamiki (mechanika opisująca ruch ciał niebieskich, w tym statków kosmicznych), ale też fotografii, branży grafiki cyfrowej (Kepler jako pierwszy opisał postrzeganie głębi ludzkimi oczami), a nawet religii chrześcijańskiej.

Kepler - misja która zmieniła nasze postrzeganie Wszechświata

Sonda Kepler otrzymała bardzo ważne zadanie - sprawdzenie czy planety typu ziemskiego są powszechne w Kosmosie. Obserwacje nie do końca dały takie wyniki jakbyśmy chcieli („tylko” 30 planet zbliżonych rozmiarem do Ziemi w odpowiedniej odległości od swoich słońc), ale i tak dowiodły popularności planet skalistych. Poza tym dziś naukowcy nie są już tak odważni w wyciąganiu ostatecznych wniosków na podstawie obserwacji, jak byli jeszcze sto lat temu gdy wydawało się im, że są o krok o zrozumienia wszystkiego. Wiedzą doskonale, że to co uda się im zaobserwować jak by nie było precyzyjne, to jedynie kolejne doskonalsze przybliżenie wiedzy o stanie faktycznym.

A cóż zaobserwowało warte 600 milionów dolarów obserwatorium kosmiczne wystrzelone w 2009 roku? Umieszczone na orbicie wokółsłonecznej w tej samej odległości od Słońca co Ziemia. Z 95 Mpix mozaiką kamer CCD na pokładzie.

Misję Keplera dzielimy na dwie fazy. Pierwsza trwała od 2009 roku do 2013 gdy popsuła się połowa urządzeń zapewniających prawidłową orientację w przestrzeni. Czyli dwa z czterech kół reakcyjnych. Naukowcy dość szybko zauważyli, że mogą prowadzić misję przy ograniczonej sterowności sondy wykorzystując ciśnienie światła słonecznego. Ta misja - oznaczona K2, którą ogłoszono w 2013 roku, a którą podzielono na 80-dniowe kampanie obserwacyjne (cele proponowane są przez społeczność astronomiczną), trwa do dziś. Ostatni udany przekaz danych miał miejsce na początku sierpnia 2018, ale teraz nie wiadomo co dalej.

Niektóre z odkrytych przez Kepler planet

Sonda Kepler jak i jej następca, o którym napisałem poniżej, do detekcji planet wykorzystuje technikę tranzytów - więcej szczegółów w tym wyczerpującym materiale.

Misja Kepler i K2 - podsumowanie

Kepler odkrył 2652 planety pozasłoneczne, w tym 325 po 2013 roku. W tym pierwsze planety w gromadzie gwiazd, wokół czerwonego karła, super ciasne układy (mniejsze niż orbita Merkurego) i planety w podwójnych układach gwiazd. Oprócz tego w bazie Keplera znajdują się tysiące kandydatek, które być może dołączą kiedyś do oficjalnego zestawienia. W 2013 roku ogłoszono odkrycie układu Kepler-90. W 2017, po odkryciu kolejnej planety w tym układzie, stał się on pierwszym tak bogatym w planety jak Układ Słoneczny.

System Kepler-90 choć równie liczny jak nasz jest bardzo mały. Naukowcy nie wykluczają, że może być on jeszcze liczniejszy, gdyż obserwacje Keplera nie brały pod uwagę obiektów o wieloletnich okresach orbitalnych.

Poniższe diagramy ilustrują własności planet odkrytych przez sondę Kepler.

Jak widać na razie mimo wielu sensacyjnych doniesień układu, w którym planeta podobna do Ziemi miałaby podobny okres orbitalny jest jak na lekarstwo. Za to planet o rozmiarach ziemskich, a nawet mniejszych na pewno nie brakuje.

Liczebność układów planetarnych - czyli liczba układów z różną liczbą planet na orbicie macierzystej gwiazdy

Co dalej?

Zespół nadzorujący misję ma problem. Rozważa co prawda jak to określono „szeroki wachlarz możliwości i przyszłych działań”, ale ograniczona wiedza co do ilości paliwa jakim dysponuje sonda każdą opcję czyni ryzykowną. Może okazać się, że zabraknie paliwa w którymś z pędników akurat w trakcie manewru i utracimy kontakt z Keplerem prawie na zawsze. Nie odleci on od razu w siną dal, bo jest mocno trzymany przez grawitację na orbicie wokółsłonecznej, ale powoli oddala się od Ziemi - to już ponad 160 milionów kilometrów, więc ewentualne odwiedziny nie będą możliwe tak szybko.

Umarł król, niech żyje król

Naukowcy głowią się jak pomóc Keplerowi, ale nawet gdy nic nie wymyślą, nie będzie to powodem do smutku. Kepler odejdzie na zasłużony spoczynek, a my skupimy się na efektach misji TESS, którą częściowo finansuje Google. Ta misja rozpoczęła się 18 kwietnia 2018 roku. Sonda TESS w przeciwieństwie do Keplera znajduje się bliżej Ziemi, dokładnie na silnie eliptycznej orbicie wokółziemskiej o okresie niespełna dwóch tygodni.

TESS jest stosunkowo niewielkim obserwatorium kosmicznym

W ciągu dwóch lat TESS ma znaleźć kilka razy więcej planet pozasłonecznych niż odkrył Kepler. Obecnie łączna liczba planet pozasłonecznych uwzględniając obserwacje naziemne zbliża się do 3800.

Celem TESS są gwiazdy podobne do Słońca, nieco cieplejsze i te dużo chłodniejsze, a także bliższe i kilkadziesiąt razy jaśniejsze niż obserwowane przez Keplera, rozrzucone po całym niebie (Kepler obserwował jedynie wycinek nieba w pobliżu gwiazdozbioru Łabędzia - świetnie widocznego w letnie noce, a K2 kilkanaście pól rozrzuconych po ekliptyce). TESS przebada łącznie 500000 obiektów. Spodziewamy się odkryć setki planet klasy ziemskiej i tak zwanych super-Ziemi (znacznie masywniejszych niż Ziemia, ale nadal globów skalistych). O TESS na pewno napiszemy jeszcze nie raz.

TESS jeszcze przed rozpoczęciem fazy badawczej 6 sierpnia 2018 dała o sobie znać jako obserwator komet. Jeden z tych obiektów o numerze C/2018 N1 prawie przypadkowo znalazł się w polu widzenia kamer TESS podczas procedur kalibracyjnych. Kometa posłużyła jako demonstrator możliwości sondy.

Na koniec film, który ilustruje sposób prowadzenia obserwacji przez następcę Keplera. Obrazy rejestrowane są przez cztery 16,8 Mpix sensory CCD połączone z teleskopami o polu widzenia 24 x 24 stopni (odpowiednik około 100 mm teleobiektywu).

Źródło: NASA/GSFC, inf. własna