Текст уведомления здесь
Телескоп «Кеплер», художественное изображениеNASA/Wendy Stenzel/Daniel Rutter

Его дозор окончен

Какими открытиями нам запомнился космический телескоп «Кеплер»

30 октября NASA объявило, что у космического телескопа «Кеплер» наконец закончилось топливо и он прекращает работу, оставшись на безопасной и далекой от Земли орбите. «Кеплер» стал первой космической обсерваторией, предназначенной для поиска планет за пределами Солнечной системы. Корреспондент «Чердака» вспоминает открытия, совершенные с помощью легендарного телескопа.
Добавить в закладки
Комментарии

С пятой попытки

Немецкий астроном, математик и физик Иоганн Кеплер и мечтать не мог о том, чтобы изучать миры за пределами Солнечной системы. Он жил во времена, когда еще не было достоверно доказано, что Земля не центр мироздания. Ученые колебались между геоцентрической моделью Птолемея и гелиоцентрической моделью Коперника. Сам Кеплер немало способствовал утверждению последней, выяснив, что планеты вращаются не по круглым, как считалось ранее, а по эллиптическим орбитам и замедляют движение, удаляясь от Солнца. Кроме того, сделав ряд открытий в оптике, Кеплер в 1611 году усовершенствовал телескоп Галилея и увеличил его поле зрения, заменив рассеивающую линзу собирающей. За эти заслуги четыре столетия спустя, когда скромное место Земли во Вселенной было многократно доказано, именем немецкого ученого был назван телескоп для поиска планет, вращающихся вокруг собственных звезд, бесконечно далеких от нас.

В 1983 году планетолог NASA Уильям Боруки начал разработку идеи о поиске планет, похожих на Землю, за пределами Солнечной системы. В основе идеи были периодические спады видимого блеска наблюдаемых телескопами звезд. Эти спады выглядели как аккуратные «провалы» на соответствующих графиках светимости. Гипотеза Боруки была в том, что эти «провалы» вызваны прохождением планеты на фоне звездного диска. Чем глубже «провал», тем больше планета. Техника поиска планет таким способом получила название транзитной фотометрии, а Боруки начал работу над высокоточными детекторами света — фотометрами.

Как «Кеплер» «смотрит» на мирNASA/Ames/J. Jenkins

Четыре раза ученый предлагал NASA проект по поиску дальних планет с помощью фотометров, но только пятая попытка увенчалась успехом: в 2001 году  космическое агентство одобрило миссию Kepler для поиска звездных систем с близкими по размерам к Земле планетами в обитаемой зоне. То есть таких, где может существовать жидкая вода и, возможно, жизнь.

6 марта 2009 года телескоп «Кеплер», оснащенный сверхчувствительным фотометром и цифровыми камерами был выведен на гелиоцентрическую орбиту. Спустя месяц он начал наблюдения, нацелившись на участок звездного неба в созвездиях Лиры и Лебедя. В поле его зрения находилось 4,5 миллиона звезд, из которых он почти непрерывно наблюдал 170 000, фиксируя изменения в их свечении. Таким образом Кеплер стал первой миссией NASA по поиску землеподобных планет у далеких звезд.

Уже через год были объявлены первые результаты: «Кеплер» обнаружил пять экзопланет, которые оказались газовыми гигантами наподобие Юпитера и получили название Kepler-4b, -5b, -6b, -7b и -8b. С тех пор почти все открытые телескопом планеты назывались в его честь и, соответственно, в честь немецкого исследователя.

Основная программа была рассчитана на 3,5 года. 12 мая 2013 года телескоп вышел из строя.  Из-за отказа двух гироскопов орбитальная обсерватория потеряла возможность разворачиваться в нужном направлении и поддерживать ориентацию с высокой точностью, после чего наблюдения фактически прекратились. Команда телескопа начала искать выход из положения и нашла: теперь поле обзора телескопа меняли каждые три месяца, поворачивая телескоп при помощи двигателей. Таким образом, в мае 2014 года миссия «Кеплера» под названием «К2» возобновилась, а количество наблюдаемых звезд возросло до 500 000. Телескоп прослужил вдвое дольше и за все время своего существования преподнес ученым множество открытий.

В поисках второй Земли

До «Кеплера» было неясно, настолько ли уникальна Солнечная система, располагающая восемью планетами. Наблюдения космического телескопа показали, что Млечный Путь планетами буквально кишит. И среди них оказалось множество интересных экземпляров с непохожими судьбами.

Так, в 200 световых годах от Земли «Кеплер» обнаружил планету Kepler-16b в системе двойной звезды. С нее можно было бы увидеть прекрасные двойные закаты, как на планете Татуин из киноэпопеи «Звездные войны», но, к сожалению, планета, по-видимому, представляет собой холодный газовый гигант размером с Сатурн вне обитаемой зоны и без какой-либо твердой поверхности, с которой кто-либо мог бы любоваться сразу двумя звездами. Зато наблюдения «Кеплера» подтвердили само существование подобного класса планетных систем.

Художественное изображение того, как выглядит Kepler-16b, что обращается сразу вокруг двух звездNASA/JPL-Caltech/R. Hurt

Первую каменную планету телескоп обнаружил в 2011 году — ее назвали Kepler-10b. Она расположена в 20 раз ближе к своей звезде Kepler-10, чем Меркурий к Солнцу, а год на ней длится менее одного земного дня. Планета в 4,6 раза тяжелее Земли и имеет плотность вещества 8,8 грамма на кубический сантиметр, так что, вероятно, состоит из железа. Но, поскольку на планете очень жарко, железо, вероятнее всего, находится в жидком состоянии. Маленький мир сплошной раскаленной лавы.

В 2015 году Кеплер разглядел в созвездии Девы белый карлик — мертвую звезду, убивающую, точнее испаряющую, свою планету. Такой вывод ученые сделали по странному графику светимости.

Художественное изображение того, как белый карлик WD 1145+17 испаряет тело на своей орбитеCfA/Mark A. Garlick

Обычные планеты, проходя мимо своей звезды и снижая ее светимость, образуют на графике хорошо видимый провал с двумя одинаково отвесными «берегами». Здесь же один «берег» был ассиметричным, гораздо более пологим и удлиненным, что указывало на наличие у планеты хвоста наподобие кометного. Кроме того, белые карлики из-за высокой гравитации имеют довольно однородный состав поверхности — там только легкие элементы вроде гелия и водорода. Но ранее ученые обнаруживали в оболочках этих мертвых звезд и более тяжелые элементы — кальций, кремний и железо. Два этих факта и натолкнули ученых на мысль, что белые карлики могут испарять планеты, пережившие их взрыв, и засасывать с их поверхности тяжелые элементы, которые и «загрязняют» звездную поверхность.

Красная кривая — спад блеска звезды при затмении его обычной планетой. Синяя, построенная по данным «Кеплера» (черные точки), соответствует планете, за которой тянется размазанный хвост из испаренной материиИзображение: NASA.

В том же году «Кеплер» нашел в созвездии Лиры в 117 световых годах от Земли пять маленьких и очень древних планет в системе Kepler-444, красного карлика. Размерами они не превышают Венеру, и все вращаются очень близко к своей звезде, совершая полный оборот менее чем за 10 земных дней.  Сформировалась эта система 11,2 миллиарда лет назад, раньше, чем большинство звезд в Млечном Пути.

Этим же телескопом открыта система Kepler-90, похожая на Солнечную систему в том смысле, что в ней тоже есть маленькие каменные планеты близко от звезды и газовые гиганты далеко от нее, что наталкивает на мысль об одних и тех же законах формирования подобных систем. Правда, и эта система в целом много меньше нашей: все планеты вращаются в пределах орбиты Венеры.

Сравнение системы Kepler-90 с Солнечной. При этом звезда Kepler-90 даже ярче Солнца, так что на всех этих планетах должно быть очень жаркоИллюстрация: NASA/Ames Research Center/Wendy Stenzel

Конечно, заветная мечта астрономов — обнаружить Землю-2. Пока эти попытки не увенчались успехом, но кое-какие результаты достигнуты. В 2014 году «Кеплер» впервые обнаружил планету размерами не более чем на 10% больше Земли и расположенную в обитаемой зоне звезды. Правда, ни ее масса, ни состав, ни плотность вещества неизвестны, а сама она находится в 500 световых годах от Земли в созвездии Лебедя.

Всего к 2017 году «Кеплер» обнаружил 219 похожих на Землю планет. Из них десять могут быть даже обитаемыми, во всяком случае они находятся в зоне обитаемости и имеют сопоставимые с Землей размеры. Но вопрос наличия на них воды остается открытым, что только подстегивает энтузиазм искателей экзопланет.

Множество миров

В отличие от земных телескопов, которые могут работать только по ночам и когда небо чистое, «Кеплер» дал ученым возможность непрерывно наблюдать за звездами месяцами. За почти 10 лет своей работы «Кеплер» открыл более 2500 экзопланет, посмотрел на 530 506 звезд, зафиксировал 61 вспышку сверхновой, и по этим открытиям написано 2946 научных работ. Последнее число явно не окончательно: новые статьи выходят едва ли не ежедневно.

Самый недавний анализ открытий Кеплера показал, что 20—50% звезд, видимых на небе, вероятнее всего, имеют около себя небольшие каменные планеты, близкие по размеру Земле и расположенные в обитаемой зоне у звезд — там, где может существовать жидкая вода.

«Он не только показал нам, как много планет может быть в космосе — он подстегнул развитие целого нового и трудного поля для исследований, которое теперь штурмует научное сообщество. Его открытия пролили новый свет на наше место во Вселенной и бросили свет на дразнящие загадки звезд», — говорит Томас Зурбучен, помощник администратора Научного управления NASA в Вашингтоне.

Задумывая миссию 35 лет назад, ученые не знали о существовании ни одной планеты за пределами Солнечной системы. «Теперь мы знаем, что планеты повсюду. Кеплер проложил нам новый курс, полный надежд для будущих поколений исследователей галактики», — говорит Уильям Боруки.

Перед тем как оставить «Кеплер» блуждать в космосе, ученые загрузили с него последнюю порцию данных. Они послужат хорошей основой для следующих наблюдений: в апреле этого года на свой пост вышел новый телескоп для поиска экзопланет — Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Программа его наблюдений за 200 тысячами ближайших к Земле звезд основана в том числе  на данных «Кеплера».

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Третий полет к Меркурию

К первой планете от Солнца отправляется зонд BepiColombo. Что с его помощью хотят узнать планетологи?

В субботу к Меркурию отправится необычная миссия из двух разделяемых аппаратов, которые будут изучать первую планету от Солнца с двух принципиально разных орбит. Их задача — после многих лет гравитационных маневров выйти на орбиту вокруг Меркурия, а после прояснить целый ряд загадок одной из самых странных планет Солнечной системы. Пока она изучена хуже других: BepiColombo станет лишь третьим путешественником к Меркурию.
Добавить в закладки
Комментарии

Первая планета нашей системы — очень необычный мир. На его освещенной половине температура доходит до 430 °C, а на другой в это время падает до -190. Впрочем, уже на глубине в полтора метра она почти одинакова и там, и там и довольно близка к земной. Пожалуй, самая бросающаяся в глаза странность планеты — ее вращение. Оборот вокруг своей оси она делает за 58,7 суток, а вокруг Солнца — за 88 суток. Из-за соотношения этих двух циклов (2:3) Солнце встает над одной и той же точкой поверхности не раз в сутки, а лишь раз в два года (т.е. раз в 176 земных суток). Ничего похожего нет ни на одной другой планете нашей системы: Солнце, наблюдаемое с поверхности Меркурия, двигается то с востока на запад, то с запада на восток.

Меркурий (фото в ложном цвете). Фото: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington
Меркурий (фото в ложном цвете). Фото: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington

Меркурий не просто самая маленькая из настоящих планет нашей системы — он меньше некоторых спутников газовых гигантов, как Ганимед или Титан, — но и одна из самых сложных для изучения.

Как ни парадоксально, он часто оказывается самой близкой к Земле планетой (от 82 до 217 миллионов километров), потому что он, в силу длительности своего года, чаще Венеры и Марса находится с Землей по одну сторону от Солнца. [ ... ]

Читать полностью

Длиннейший бур на Красной планете

Аппарат InSight совершил посадку на Марсе. Теперь он займется тут геофизическими исследованиями

Спускаемый модуль с аппаратом InSight совершил посадку на Марсе. За эту ночь он должен успешно развернуть свои солнечные панели, чтобы инженеры NASA могли приступить к работе, которая впервые предполагает нечто большее, чем просто фотография и изучение камней на поверхности.
Добавить в закладки
Комментарии

[ ... ]

Читать полностью
На стройке космодрома "Восточный", 2015 годРОСКОСМОС

Долгострои космического назначения

Почему космические проекты постоянно задерживаются и опаздывают

В 2018 году стало известно, что запуск к МКС российского модуля «Наука» в очередной раз переносится. Также сдвинулись сроки запуска главной космической обсерватории 2020-х годов «Джеймс Уэбб» и пилотируемого корабля Dragon V2. Два больших проекта Роскосмоса, ядерная энергодвигательная установка и пилотируемый корабль «Федерация» тоже явно не укладываются в сроки. «Чердак» попытался посмотреть на космические долгострои и понять, почему же так получается.
Добавить в закладки
Комментарии

Простого ответа на этот вопрос, однако, нет. Многократные задержки и неудачи случались с проектами, которые в итоге оборачивались феноменальным успехом («Хаббл» и первая ракета Илона Маска, Falcon 1), и с программами, которые заканчивались ничем (советский лунный проект). Участие военных, ученых или бизнеса  тоже само по себе не давало никаких гарантий: все выбивались из графиков, все не укладывались в сметы и у всех что-то ломалось, сгорало или взрывалось на старте.

Первая причина: что-то не так на земле [ ... ]

Читать полностью