Телескоп кеплер и его открытия

Астронет | Картинка дня | Обзоры astro-ph | Новости | Статьи | Книги | Карта неба | Созвездия | Переменные Звезды | A&ATr | Глоссарий

планета Астронет | Физика космоса | Биографии | Словарь | Ключевые слова | Астрономия в России | Форумы | Семинары | Сверхновые

Кеплер-16b: планета с двумя солнцами

<< Вчера 20.09.2011 Завтра >>

Авторы и права: НАСА, Лаборатория реактивного движения (Калтех), Т. Пайл; Благодарности: djxatlanta Перевод: Вольнова А.А. Пояснение: Если не ложиться спать достаточно долго, то можно увидеть оба заката. Это может быть вполне обычным явлением для существ, дрейфующих в атмосфере планеты Кеплер-16b, недавно открытой спутником Кеплер. Сегодняшний видео-ролик показывает, как могла бы выглядеть подобная планетная система с борта космического корабля. И хотя кратные звёздные системы во Вселенной не редкость, планета у такой системы обнаружена впервые. Наша Земля находится в орбитальной плоскости планеты и двойной звезды. Поэтому планета по очереди затмевает каждую звезду, что наблюдается в виде значительного уменьшения звёздного блеска. Повторяющиеся затмения позволили определить радиус и массу планеты Кеплер-16b с наилучшей возможной точностью для планет за пределами Солнечной системы. Найти планету, по размерам близкую к Сатурну, на орбите Венеры (это очень близко от её родной двойной звезды) стало для учёных сюрпризом. В ближайшее время они сосредоточатся на исследовании этой системы.

Сентябрь
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
1 2 3 4
5 6 7 8 9 10 11
12 13 14 15 16 17 18
19 20 21 22 23 24 25
26 27 28 29 30

1995 1996 1997 1998
1999 2000 2001 2002
2003 2004 2005 2006
2007 2008 2009 2010
2011 2012 2013 2014
2015 2016 2017 2018
2019

Январь
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь

Authors & editors: Robert Nemiroff (MTU) & Jerry Bonnell (USRA)
NASA Web Site Statements, Warnings, and Disclaimers

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 . 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.


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 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. , ,


Компактная Солнечная система

Когда мы представляем себе обычную солнечную систему, мы часто воображаем планеты с огромными расстояниями между ними, как в нашей Солнечной системе. Однако Кеплеру удалось найти солнечную систему, в которой планеты расположены необычайно близко.

В этой системе есть звезда Kepler-11, которая похожа на наше Солнце. Шесть планет вращаются вокруг Kepler-11, каждая из которых больше Земли. Крупнейшая планета похожа по размерам на Нептун, который почти в четыре раза больше Земли.

Самая дальняя от Kepler-11 планета имеет орбиту, которая немногим больше, чем у Меркурия, ближайшей к нашему Солнцу планеты. У пяти других планет орбиты еще меньше, то есть эти огромные планеты ближе к своей звезде, чем любая планета в нашей Солнечной системе к Солнцу.

Каким образом эти планеты умудряются избегать взаимного притяжения? А они и не избегают. Вся система похожа на месиво, где орбита каждой планеты управляется другими и их гравитационным притяжением. Мы пока не можем объяснить, как работает эта хаотическая, но стабильная солнечная система. Но существует она миллионы лет, что говорит о синхронном танце орбит.

Гигантские солнечные вспышки

Пытаясь понять другие звезды, мы часто обращаемся к нашему Солнцу. Поэтому когда космический телескоп Кеплер обнаружил солнечные вспышки других звезд, которые в миллионы раз мощнее тех, что происходят на Солнце, наши ученые сделали выводы.

В случае с нашим Солнцем, вспышки берутся в процессе внутреннего магнитного пересоединения. Первоначально ученые считали, что для производства гигантских солнечных вспышек к звезде должна была подойти планета размером с Юпитер. Это была теория «горячего Юпитера».

Однако ученые не смогли обнаружить крупных планет поблизости, чтобы объяснить эти солнечные вспышки, тем самым опровергнув теорию. И хотя мы пока не знаем, почему они происходят, нам также не хотелось бы, чтобы и наше Солнце занималось подобными вещами. Солнечная вспышка такого масштаба могла бы уничтожить всю жизнь на Земле.

Как ни странно, ученые считают, что вследствие таких солнечных вспышек могла появиться органическая жизнь на других планетах. Но это, конечно, еще предстоит проверить охотникам на инопланетян.

Звезда, уничтожающая небольшую планету

Когда ученые обнаружили планету с «хвостом» материи позади нее, они не были уверены в причине происходящего. Дальнейшее изучение показало, что хвост представляет собой часть планеты, которую по частям отрывает родная звезда.

К несчастью для бедной планеты, ее родная звезда стала белым карликом. Умирая, звезды средних размеров вроде нашего Солнца набухают красными гигантами, постепенно теряя внешние слои и заканчивая маленькими горячими ядрами, известными как белые карлики. Звезды покрупнее становятся черными дырами или нейтронными звездами, когда умирают.

Когда такая звезда становится красным гигантом, высок шанс того, что планеты на орбите будут поглощены красным гигантом или отдрейфуют в космос, как холодные, безжизненные тела. Планеты, которые остались, — вроде той, что нашел Кеплер, — столкнутся с тем, что мощная гравитация белого карлика будет вытягивать их материю.

Подобная участь может ожидать нашу планету. Если Земля переживет первоначальную трансформацию, когда Солнце станет красным гигантом, ученые считают, что нашу планету тоже растянет на части белым карликом, которым станет Солнце.

Необычная звезда, рядом с которой чуть не нашли инопланетян

Охотники за планетами искали планеты и нашли KIC 8462852, которую наблюдатели пометили как «странную» и «интересную». Когда ученые взглянули на нее поближе, они обнаружили звезду, свет которой иногда затемнялся на 20%: вокруг нее кружил поток какого-то вещества.

Если бы звезда была молодой, находку объяснили бы «супом материи», из которого постепенно формируется солнечная система. Но эта звезда была довольно зрелой. К нынешнему моменту любая солнечная система уже образовалась бы, а значит наблюдаемое вещество появилось уже после того, как звезда вступила в зрелую фазу.

Предлагались и отверглись многие идеи. К примеру, было бы невероятным совпадением, если бы мы увидели временный поток комет. Учитывая, что эта закономерность проявлялась периодами, ученые решили, что на орбите звезды нечто большее. Кто-то предположил, что это мегаздания инопланетян, предназначенные для сбора солнечной энергии.

Хотя астрономы и предупреждали, что эта идея годится лишь для «самого крайнего объяснения», Интернет загудел: мол, нашли инопланетян. Проект SETI изучил «структуры инопланетян» и убедился в том, что это точно не они. Но некоторые по-прежнему лелеют слабую надежду: а что, если инопланетяне используют другие методы связи, которые не разглядеть с использованием наших методов?

Kepler-16 b

Kepler-16 b

Списки экзопланет


Художественное изображение системы Кеплер-16,
показывающее планету Кеплер-16 b, обращающуюся
вокруг двойной звезды.

Родительская звезда

Звезда

Созвездие

Лебедь

Видимая звёздная величина (mV)

11,5

Расстояние

200 св. лет
(61 пк)

Масса (m)

0,69 / 0,2026 M☉

Радиус (r)

0,649 / 0,2262 R☉

Температура (T)

4450 ± 150 (A) K

Металличность ()

−0.3 ± 0.2 (A)

Элементы орбиты

Эпоха орбиты

BJD 2455212.12316

Большая полуось (a)

0,7048 ± 0,0011 а. е.

Эксцентриситет (e)

0,0069 ± 0,0015

Орбитальный период (P)

228,776 ± 0,037 д.

Наклонение (i)

90,0322 ± 0,0023°

Аргумент перицентра (ω)

318 ± 22°

Физические характеристики

Масса (m)

0,333 ± 0,015 MJ

Радиус(r)

0,22623 ± 0,00059 RJ

Плотность (ρ)

0,964 ± 0,047 г/см3

Сила тяжести (g)

14,52 ± 0,7 м/с²

Температура (T)

170 — 200 K

Информация об открытии

Дата открытия

Первооткрыватель(и)

Лоренс Дойл

Метод обнаружения

Транзитный (Миссия «Кеплер»)

Статус открытия

Опубликовано

Базы данных

SIMBAD

данные

Информация в Викиданных ?

Kepler-16 b — экзопланета у двойной звезды Kepler-16 в созвездии Лебедь.

Орбитальный период обращения вокруг пары материнских звёзд составляет 229 дней. Первая материнская звезда представляет собой оранжевый карлик спектрального класса K и имеет массу 0,7 массы Солнца, а вторая звезда является красным карликом спектрального класса M с массой в 5 раз меньше солнечной. Планета размером с Сатурн, состоит наполовину из газа и наполовину из камня и является подтверждённой планетой с кратной орбитой.

Планета была обнаружена в 2011 году с помощью транзитного метода телескопом «Кеплер». Учёные смогли обнаружить планету из-за затемнения одной звезды в тот момент, когда вторая не затмевала её.

Я считаю, что эта планета лучшим образом измерена из планет вне солнечной системы. — —Лоренс Дойл

Кеплер-16 b необычна в том, что её орбита меньше радиуса, который считался внутренней границей для формирования планет в системе двойной звезды. Согласно заявлению планетарного эксперта из Массачусетского технологического университета (MIT) Сары Сигер, ранее считалось необходимым, для того чтобы планета обладала стабильной орбитой в такой системе, она должна была быть удалена от звёзд на расстояние как минимум в семь раз большее, чем расстояние на которое они удалены друг от друга. Орбита Kepler-16 b находится лишь на половине этого расстояния.

Прохождение планеты одной из звёзд будет ненаблюдаемо с Земли с 2014 года, а второй, более яркой звезды, — с 2018 года. После этого планета будет необнаружима транзитным методом до 2042 года.

Температура поверхности планеты низкая, меняется от −70 °C до −100 °C. Год на планете (оборот вокруг обоих светил) длится 229 дней.

В прессе планета сравнивалась с планетой Татуин из «Звёздных войн», которая также обращалась вокруг двух звёзд.

> См. также

  • Kepler-38 b
  • Список экзопланет, открытых в 2011 году