Keplerio kosminis teleskopas (dailininko piešinys)
Kèplerio kòsminis teleskòpas (pavadintas astronomo J. Keplerio garbei), NASA kosminis teleskopas, skirtas Žemės dydžio egzoplanetų paieškai. 2009 03 07 paleistas į heliocentrinę orbitą skrieti Žemei iš paskos. Buvo planuojama, kad teleskopas veiks 3,5 m., bet jis veikė 9,5 metų. Pasibaigus kurui 2018 10 30 NASA paskelbė apie Keplerio kosminio teleskopo misijos pabaigą. Keplerio teleskopas buvo sukurtas Žemės dydžio egzoplanetų, skriejančių gyvybei tinkamoje srityje arba šalia jos, paieškai Paukščių Tako galaktikoje, t. p. įvertinti, kiek žvaigždžių Paukščių Tako galaktikoje gali turėti planetų.
Teleskopo įranga
Keplerio kosminį teleskopą sudarė Schmidto tipo teleskopas su 0,95 m skersmens korektoriumi, kuris šviesą kreipė į 1,4 m skersmens pagrindinį veidrodį. Ties teleskopo centru optiniame židinyje buvo patalpintas šviesos imtuvas su 42 CCD (angl. charge coupled device) jutikliais.
Tiriama sritis
Dėl to, kad Keplerio kosminio teleskopo kompiuterio atminties laikmenos dydis buvo ribotas, stebėti CCD vaizdai nebuvo kaupiami. Ribotas buvo ir teleskopo taikinių kiekis buvo ribotas, todėl visi taikiniai turėjo būti kruopščiai atrenkami prieš stebėjimų pradžią. Vienu metu Keplerio kosminis teleskopas be pertraukos galėjo stebėti apie 165 000 žvaigždžių kas 30 min ir 512 žvaigždžių kas 1 minutę. Per visą teleskopo veikimo laiką iš viso stebėtos 530 506 žvaigždės ir atrasta daugiau kaip 2600 egzoplanetų.
CCD jutikliai būdavo nuskaitomi maždaug kas 5 s, ir kas 30 min (arba kas 1 min) gauti vaizdai būdavo sudedami į vieną. Taip būdavo gaunamas didesnis signalo ir triukšmo santykis ir pasiekiamas didesnis stebėjimų tikslumas. Daug tokių vieno objekto matavimų sudarė jo šviesio kreivę. Joje buvo ieškoma šio objekto spindesio kitimų, kurie gali atsirasti dėl įvairių priežasčių: dėl egzoplanetų tranzitų, dėl užtemimų užtemdomose dvinarėse žvaigždžių sistemose, dėl žvaigždžių pulsacijų ar sprogimų žvaigždėse. Šviesio kreivės, kurias sudarė matavimų taškai, gaunami 1 min intervalais, buvo naudojami tiems objektams tirti, kurių spindesio kitimo periodas buvo trumpas (pvz., kompaktinėms kintamo šviesio žvaigždėms, tokioms kaip kintamos baltosios nykštukės arba kintamos B tipo subnykštukės, kurių pulsacijų periodas matuojamas nuo kelių iki kelių dešimčių minučių). Pradinės misijos metu į imtuvą buvo projektuojamas 100 kvadratinių laipsnių dydžio dangaus plotas, patenkantis į Gulbės ir Lyros žvaigždynus. CCD jutiklio vieno pikselio dydis – 27 μm, į jį tilpo 3,98 kampinių sekundžių dydžio dangaus plotas.
Stebėjimai ir atradimai
Keplerio kosminio teleskopo stebėjimų kryptį lėmė du esminiai veiksniai. Visų pirma, siekta turėti galimybę ištisus metus stebėti pasirinktą regėjimo lauką, į kurį nepatektų Saulė. Toks laukas turi būti už ekliptikos plokštumos ribų. Kitas stebėjimų kryptį lėmęs veiksnys – siekta, kad į regėjimo lauką patektų kuo daugiau žvaigždžių. Tai lėmė, kad stebėjimų kryptis buvo pasirinkta išilgai Paukščių Tako galaktikos vijų, vengiant ryškesnių darinių (spiečių, jonizuotųjų dalelių debesų) ir tarpžvaigždinių dulkių debesų. Keplerio kosminiu teleskopu šia kryptimi stebėtos žvaigždės, nutolusios nuo Saulės daugiau nei 3000 šviesmečių. Daugumą stebėtų žvaigždžių sudarė 9–15 ryškio pagrindinės sekos žvaigždės. Teleskopo įrenginiai buvo maitinami elektros energija, gaunama iš saulės baterijų. Kadangi teleskopui skriejant aplink Saulę šios baterijos po truputį nuo jos nusisukdavo, keturis kartus per metus teleskopas pasisukdavo 90 ° kampu apie savo optinę ašį vėl atsukdamas saulės baterijas į Saulę. CCD jutiklių išsidėstymui buvo būdinga kvadratinė simetrija – kiekvieną kartą teleskopui pasisukus buvo stebimas tas pats dangaus laukas ir tos pačios žvaigždės.
Keplerio teleskopo stebėjimo laukas, kuriame pažymėtos padrikojo žvaigždžių spiečiaus NGC 6791 ir egzoplanetų sistemos TrES-2 padėtys. Spiečius NGC 6791 yra 8 mlrd. m. amžiaus ir 13000 l.y. atstumu nuo Žemės. Aplink žvaigždę TrES-2 skrieja karštasis Jupiteris, kurio tranzitai stebimi kas 2,5 dienos
Keplerio kosminis teleskopas be pertraukos ilgą laiką fotometrijos būdu stebėjo tas pačias žvaigždes, kad išmatuotų net ir menkiausius jų spindesio kitimus. Žvaigždės spindesio kitimo priežastis gali būti planetos tranzitas – situacija, kai planeta, praslinkdama savo žvaigždės fone, ją truputį užtemdo. Ilgas tų pačių objektų stebėjimų laikotarpis buvo palankus siekiant aptikti ir charakterizuoti egzoplanetas, kurių orbitinis periodas yra ilgas, prilygstantis Žemės orbitiniam periodui. Pvz., stebint Žemės dvynę gali tekti laukti net 365 d., kol įvyks jos tranzitas, ir dar 365 d., kol įvyks antras tranzitas. Tik po antro tranzito galima įvertinti planetos orbitinį periodą. Norint patvirtinti egzoplanetą reikia dar po 365 d. įvyksiantį tranzitą stebėti trečią kartą. Stebint ir analizuojant planetos tranzitų trukmę bei žvaigždės spindesio susilpnėjimo laipsnį tranzito metu, nustatomi tokie egzoplanetų parametrai kaip planetos masė, orbitinis greitis, planetos dydis ir tankis, sudėtis ir kita.
Keplerio kosminis teleskopas buvo pritaikytas aptikti Žemės dydžio planetas prie Saulės tipo žvaigždžių, kuriose galėjo arba gali atsirasti gyvybė. Kiti stebėjimų tikslai: ištyrus didelį kiekį žvaigždžių nustatyti, kokia dalis Žemės dydžio ir didesnių egzoplanetų skrieja gyvybei tinkamose srityse arba netoli jų aplink skirtingo tipo žvaigždes; nustatyti šių planetų orbitų dydžių ir formų pasiskirstymą; apskaičiuoti, kiek planetų gali būti daugianarėse žvaigždžių sistemose; nustatyti mažose orbitose arti savo žvaigždžių skriejančių planetų milžinių paviršiaus atspindžio, dydžių, masių, tankių ir orbitų dydžių įvairovę; naudojantis kitais metodais atrasti kitas planetų sistemoms priklausančias planetas; nustatyti žvaigždžių su egzoplanetomis fizikinius parametrus. Tačiau pačiõs gyvybės kitose planetose paieškai Keplerio kosminis teleskopas nebuvo pritaikytas. Tam reikalingi papildomi kitokio pobūdžio stebėjimai ir tyrimai (pvz., egzoplanetų atmosferų spektrometriniai tyrimai).
Kadangi Keplerio kosminiu teleskopu atliekami ilgalaikiai to paties objekto stebėjimai tinka ne tik planetų paieškai, bet ir kintamųjų žvaigždžių stebėjimams, tai leido atlikti daug tikslesnius jau žinomų ypač mažos amplitudės kintamųjų žvaigždžių tyrimus bei atrasti daug naujų kintamųjų žvaigždžių. Ypač daug dėmesio buvo skiriama Saulės tipo pagrindinės sekos žvaigždžių pulsacijų tyrimams, nepaliekant nuošalyje ir kitų tipų kintamųjų žvaigždžių.
2013 05 sugedo du iš keturių teleskopą erdvėje sukiojančių variklių. Dėl šios priežasties Keplerio kosminis teleskopas negalėjo visus metus stebėti to pačio dangaus lauko. Tačiau jau po kelių mėnesių, atsižvelgiant į sumažėjusias Keplerio teleskopo galimybes manevruoti kosminėje erdvėje, jam buvo sukurta nauja stebėjimų strategija. 2014 05 prasidėjo naujoji šio kosminio teleskopo misija, pavadinta K2, kuri buvo sėkmingai vykdoma iki 2018 10.
K2 tęsė egzoplanetų paiešką tranzitų metodu, bet ne viename, o daugelyje ekliptikoje išsidėsčiusių skirtingų stebėjimų laukų, t. p. buvo užtikrinamas fotometrinių stebėjimų tikslumas, artimas pasiektam vykdant pradinę misiją. Dėl sumažėjusio Saulės vėjo poveikio erdvėlaiviui teleskopo padėties valdymas ekliptikos plokštumoje buvo pakankamai efektyvus net ir su likusiais dviem veikiančiais varikliais. Kintant Saulės padėčiai, kas 80 d. K2 teleskopas buvo nukreipiamas į vis kitą dangaus lauką.
Nors K2 gaunamos žvaigždžių spindesio kitimo kreivės buvo trumpesnės, šie stebėjimai leido patikrinti egzoplanetų pasiskirstymą skirtingomis kryptimis Galaktikoje. Gauti rezultatai parodė, kad egzoplanetos visomis Galaktikos kryptimis yra pasiskirsčiusios panašiai. K2 misijos metu buvo ieškoma aplink ryškias žvaigždes skriejančių karštų egzoplanetų, kurių atmosferų charakteristikas vėliau būtų galima tirti spektroskopijos būdu. Prie ryškių žvaigždžių nykštukių buvo atrasta daug mažų planetų, t. p. pagerintas jų masių, tankių ir sudėties nustatymo tikslumas. Daug dėmesio buvo skiriama egzoplanetoms, skriejančioms aplink ryškias M tipo nykštukes Saulės kaimynystėje, ir potencialiai gyvybei tinkamų planetų tyrimams, nustatant planetų parametrus ir padėtį šiose planetų sistemose. T. p. buvo siekiama paaiškinti, kaip ir kada susiformuoja karštieji Jupiteriai, ar karštų dujinių planetų milžinių yra ir prie jaunų žvaigždžių, ar jos evoliucionuodamos migruoja į mažesnes orbitas dėl potvynių ar kitų veiksnių. K2 turėjo ir daugiau tikslų: nustatyti ryšį tarp žvaigždžių struktūros, sukimosi ir aktyvumo skirtingo amžiaus ir metalingumo žvaigždžių asociacijose; aptikti Ia tipo supernovas; atrasti ir charakterizuoti dvinares žvaigždes padrikuosiuose spiečiuose ir žvaigždžių asociacijose; nustatyti kintamo šviesio žvaigždžių vidinę struktūrą ir pagrindinius parametrus pasinaudojant asteroseismologijos metodais; pateikti aktyvių galaktikų branduolių aktyvumo optinėje spektro srityje apžvalgą; kartu su kitomis kosminėmis misijomis ir antžeminiais teleskopais dalyvauti kitų ekliptikoje išsidėsčiusių taikinių stebėjimuose.
3203