Warisan astronomi teleskop ruang angkasa Kepler

Anonim

Warisan astronomi teleskop ruang angkasa Kepler

SpaceFeature

David Szondy

8 September 2018

64 gambar

Konsep seniman tentang Kepler (Kredit: NASA)

Pada tanggal 6 Juni, NASA mengumumkan bahwa observatorium ruang Kepler telah mencapai akhir masa hidupnya. Karena propelan diperlukan untuk menjaga pemburu exoplanet tak berujung menunjuk ke arah yang benar sudah habis, kontrol misi menempatkan pesawat ruang angkasa ke keadaan semi-hibernasi yang memungkinkannya untuk mengirimkan data yang disimpan sebelum memulai fase akhir pengamatan. Sekarang setelah Kepler mendekati hari-hari terakhirnya, mari kita kembali ke karir sembilan tahun yang luar biasa dan bagaimana hal itu telah mengubah pandangan kita tentang alam semesta.

Untuk semua keberhasilannya, Kepler bukan nama rumah tangga dan tentu saja tidak terlalu besar dalam budaya populer. Tetapi dengan catatannya menemukan ribuan planet di luar tata surya kita, mungkin suatu hari berakhir di buku-buku sejarah sebagai setara robot dari Christopher Columbus atau Kapten Cook - dan dengan banyak pengaruh pada bagaimana kita melihat diri kita dan dunia kita. Itu banyak memuat apa yang pada dasarnya adalah kamera raksasa, tapi Kepler adalah satu-satunya Box Brownie yang luar biasa.

Sejak diluncurkan pada tahun 2009, Kepler telah menjadi teleskop yang paling penting sejak Galileo melatih teleskop delapan atau sembilan miliknya di langit pada tahun 1609. Menurut NASA, Kepler dan misi K2 yang diperluas sejauh ini telah menemukan 2.723 exoplanet, dengan 30 dari ini dikonfirmasi untuk duduk di zona layak huni di sekitar bintang-bintang mereka di mana air cair - dan, mungkin, kehidupan - bisa ada.

Untuk menempatkan ini ke dalam perspektif, sebelum Kepler hanya segelintir exoplanet dikonfirmasi. Bahkan, begitu sedikit yang diketahui tentang planet-planet di luar tata surya yang tidak yakin jika mereka biasa. Untuk menjawab ini, Kepler, juga dikenal sebagai Misi Penemuan 10, dirancang untuk melakukan survei terhadap satu bagian Bima Sakti untuk mencari exoplanet, khususnya yang ada di zona layak huni ukuran Bumi atau lebih kecil, dan untuk menyediakan data untuk menunjukkan berapa banyak dari ratusan miliar bintang di galaksi memiliki planet-planet ini.

Mengubah alam semesta

Sebuah survei astronomi mungkin tampak sebagai penggembalaan seperti menghitung populasi serangga kentang, tetapi dampak dari misi Kepler adalah contoh dari sesuatu yang sederhana yang memiliki dampak besar pada sejarah manusia. Dalam kasus Kepler, dampaknya mungkin terbesar dalam lebih dari empat ratus tahun.

Teropong mentah Galileo mudah dilakukan hari ini oleh sepasang teropong murah, tetapi pengamatannya selama beberapa bulan pada 1609 merevolusi konsepsi kita tentang alam semesta. Sebelumnya ke Galileo, menerima ide-ide ilmiah tidak meninggalkan ruang untuk dunia selain Bumi dan Bulan. Manusia hidup dalam alam semesta yang tertata rapi dan teratur dengan aturan yang jelas dan dimensi yang sangat kecil.

Menempatkan sesuatu dengan sangat sederhana, alam semesta dipahami sebagai bola kristal besar yang dikelilingi oleh Surga. Kulit terluar dari bola ini menahan bintang-bintang tetap dan di dalamnya ada serangkaian kerang kristal konsentris untuk masing-masing dari lima planet yang diketahui, Matahari, dan Bulan. Di dalam semua bidang ini, di pusatnya, adalah Bumi. Ini pada dasarnya adalah pembuangan sampah alam semesta dengan segala sesuatu yang bersahaja dan duniawi ditarik ke pusat dan semuanya dijernihkan dan murni naik ke Surga.

Ini terdengar agak konyol dan kikuk ketika diringkas menjadi beberapa kalimat, tetapi penyempurnaan berabad-abad dari Aristoteles ke St Thomas Aquinas telah menghasilkan kosmologi yang konsisten dan konsisten yang menjelaskan bagaimana alam semesta bekerja.

Satu-satunya masalah adalah bahwa sistem ini tidak memiliki tempat untuk dunia lain selain dari Bulan dan mungkin Matahari. Itu tidak akan masuk akal untuk ada dunia lain karena itu akan membutuhkan lingkup konsentris yang terpisah dan benar-benar otonom. Ini kedengarannya sangat mirip dengan hipotesis modern kita tentang multisel dengan kesulitan tambahan tentang bagaimana menjelaskan alam semesta dengan lebih dari satu pusat untuk menarik sesuatu.

Teleskop Galileo tidak merusak pandangan alam semesta ini, tetapi ia memberikannya benturan intelektual yang maha dahsyat yang tidak pernah ditemukannya. Alih-alih menjadi bola perak yang sempurna dan mencerminkan, Bulan ditutupi oleh lautan, kawah, dan gunung, sementara Matahari memiliki bintik-bintik di atasnya seperti noda. Ketika dia melihat ke planet-planet mereka menunjukkan cakram, menunjukkan bahwa mereka adalah bola seperti Bumi. Lebih buruk lagi, Venus memiliki fase seperti Bulan, menunjukkan bahwa itu benar-benar bola daripada disk.

Tapi yang benar-benar menghancurkan semuanya adalah Jupiter, yang memiliki empat bulan mengorbit di sekitarnya. Itu masalah nyata. Jika semuanya berputar mengelilingi Bumi, lalu bagaimana bisa empat bulan berputar mengelilingi Jupiter? Apa yang menahan mereka di tempat? Mengapa mereka tidak bertabrakan dengan bola kristal yang menahan Jupiter?

Dalam banyak hal, pengamatan teleskopik sederhana ini memiliki dampak yang lebih besar daripada pernyataan Copernicus bahwa Bumi berputar mengelilingi Matahari, bukan sebaliknya. Hingga abad ke-19, ketika pengukuran bintang akhirnya menegaskannya, Anda dapat membantah bahwa sistem Copernican hanyalah versi sederhana dari geosentris lama yang membuat perhitungan astronomi lebih mudah, tetapi tidak selalu benar. Dengan teleskop Galileo, para ilmuwan dihadapkan dengan fakta-fakta obyektif yang harus dipertanggungjawabkan.

Sebelum Kepler

Misi Kepler memiliki dampak yang sama pada bagaimana kita memandang alam semesta dan tempat kita di dalamnya. Sebelum Kepler, satu-satunya contoh dari sistem planet adalah milik kita sendiri, dan kita tidak sepenuhnya yakin apa artinya itu. Sampai saat ini, tata surya tampak sebagai tempat yang sangat teratur. Ada planet-planet berbatu kecil di bagian dalam dan raksasa gas besar di daerah luar, dengan beberapa komet dan asteroid dilemparkan masuk. Penemuan seperti Sabuk Kuiper dan awan Oort memperluas ini, tetapi masih disatukan sebagai sebuah sistem.

Pemikiran pergi bahwa jika sistem planet lain ada, mereka akan diatur seperti milik kita, dan planet-planet akan sangat mirip dengan planet-planet berbatu dan gas raksasa di tata surya kita.

Pandangan ini didukung oleh teori-teori yang diterima tentang bagaimana tata surya terbentuk. Model saat ini adalah bahwa Matahari dan planet-planet terbentuk dari awan gas dan debu yang perlahan-lahan bertambah, dengan Matahari di pusat piringan berputar dari mana planet terbentuk. Akhirnya, Matahari dinyalakan untuk menghasilkan sistem batin yang hangat dan sistem luar yang dingin. Zona dalam menghasilkan planet-planet kecil berbatu, sementara daerah di luar "garis beku" menciptakan kondisi yang memungkinkan raksasa gas terbentuk tanpa atmosfer mereka mendidih.

Sementara itu, para astronom menghabiskan hampir dua abad sebelum Kepler mencari exoplanet, tetapi tanpa banyak hasil. Ini karena permukaan Bumi adalah tempat yang menakutkan untuk berburu planet. Tidak hanya kecenderungan menjengkelkan Bumi untuk memutar dengan matahari terbit dan pengaturan membuatnya tidak mungkin untuk menonton bintang tertentu secara terus menerus, tetapi efek distorsi atmosfer yang luar biasa.

Hasilnya adalah waktu dan lagi, sebuah planet ekstrasurya mungkin akan ditemukan hanya untuk dibantah oleh sesuatu yang biasa sebagai kesalahan diperkenalkan dengan membersihkan teleskop. Bahkan lebih menyakitkan hati, beberapa exoplanet benar-benar ditemukan, tetapi tidak mungkin untuk mengkonfirmasi fakta itu sampai beberapa dekade kemudian.

Planet pulsar

Tetapi ada beberapa keberhasilan. Pada tahun 1992, exoplanet pertama yang dikonfirmasi diumumkan. Ini ditemukan berputar tentang bintang PSR B1257 + 12, yang 2.300 tahun cahaya di konstelasi Virgo. Ini ditemukan oleh astronom Polandia Aleksander Wolszczan pada tanggal 9 Februari 1990 menggunakan teleskop radio Arecibo.

Mengapa teleskop radio? Karena PSR B1257 + 12 bukan bintang biasa, tetapi pulsar, dan kehadiran planet dan dua lainnya yang kemudian ditemukan disimpulkan oleh bagaimana tarikan gravitasinya membuang waktu yang biasanya sangat tepat dari pulsar ketika diputar sekali setiap 0, 006219 detik.

Tetapi apa yang benar-benar membingungkan para astronom adalah bahwa planet-planet ini bahkan ada. Pulsar adalah sisa-sisa supernova - bintang yang meledak dengan lebih banyak energi daripada keseluruhan galaksi. Bagaimana planet-planet itu masih ada misteri. Apakah mereka ditangkap oleh pulsar setelah terbentuk? Apakah mereka entah bagaimana bertahan dari ledakan titanic? Tidak ada yang yakin.

Planet yang mustahil

Tetapi bahkan planet pulsar tidak bisa dibandingkan dengan apa yang terjadi selanjutnya. Pada tahun 1995, penemuan planet ekstrasurya pertama untuk mengorbit bintang urutan utama (yang mirip dengan Matahari) dikonfirmasi oleh Michel Mayor dan Didier Queloz dari Universitas Jenewa. Dengan penunjukan resmi 51 Pegasi B, ini adalah planet yang lebih besar dari Saturnus yang mengorbit bintang di konstelasi Pegasus 50 tahun cahaya dari Bumi.

Menemukan raksasa gas lain yang mengorbit bintang lain pasti mengasyikkan, tetapi 51 Pegasi B adalah teka-teki terbesar. Planet ini memiliki setengah massa Jupiter, tetapi lebih dekat dengan bintang induknya daripada Merkurius ke Matahari kita dan memiliki tahun hanya empat hari Bumi. Lebih buruk lagi, itu terkunci secara tidally, yang berarti bahwa satu sisi selalu menghadapi bintangnya, menghasilkan suhu lebih dari 2.000 ° F (1.100 ° C) di sisi cahaya, dan sisi gelap menjadi ratusan derajat lebih dingin - menyebabkan badai terus menerus antara dua belahan dengan kecepatan angin ribuan mil per jam.

Ini tidak hanya spektakuler, seharusnya tidak ada. Menurut model standar pembentukan planet, raksasa gas tidak mungkin begitu dekat dengan prinsipalnya, tetapi ada 51 Pegasi B. Ini menimbulkan pertanyaan, apakah ini suatu keanehan, atau apakah kebenaran itu sesuatu yang lain sepenuhnya? Untuk mengetahuinya, para astronom membutuhkan ukuran sampel beberapa kali lipat lebih besar.

Di situlah tempat Kepler datang.

Misi Kepler

Kepler bukanlah misi luar angkasa pertama yang dirancang untuk berburu exoplanet, tetapi itu bisa saja terjadi. Awalnya dikandung pada 1990-an, misi Kepler tidak diberi lampu hijau sampai tahun 2001 setelah proposal diajukan untuk kelima kalinya. Hal ini diikuti oleh delapan tahun penundaan dan pembengkakan biaya yang memungkinkan Badan Antariksa Prancis meluncurkan misi Konveksi, Rotasi et Transit planétaire (CoRoT) pada tahun 2006. Misi yang kurang ambisius daripada Kepler, ini berlangsung hingga 2013 dan menemukan 32 dikonfirmasi exoplanet sebelum ditutup karena kerusakan yang tak terduga.

Sementara itu, Kepler sedang dikembangkan bukan sebagai alternatif untuk pemburu exoplanet berbasis Bumi, tetapi sebagai kerajinan survei khusus yang misinya adalah memberi makan calon yang mungkin ke teleskop tanah, yang akan melakukan pengamatan lebih dekat dan mengkonfirmasi jika mereka, pada kenyataannya, planet-planet.

Ada sejumlah besar cara mengejutkan untuk menemukan exoplanet - masing-masing dengan kekuatan dan kelemahannya, tetapi ketika mereka bekerja dalam konser, mereka menyediakan seperangkat alat tumpang tindih yang kuat yang dapat memisahkan gandum kosmik dari sekam antarbintang. Tidak ada cukup waktu untuk membahas semua ini secara terperinci, tetapi apa yang mereka semua alami adalah kebutuhan untuk fokus pada bintang individu untuk jangka waktu yang lama.

Fotometri transit

Metode yang digunakan Misi Kepler disebut fotometri transit, yang merupakan cara mewah untuk mengatakan bahwa ia memburu exoplanet dengan mencari gerhana.

Bayangkan bahwa Bulan tidak memantulkan cahaya sama sekali. Itu benda yang benar-benar hitam yang menyerap semua cahaya yang menabraknya. Tidak peduli apa waktu dari bulan itu, kami tidak akan dapat melihatnya, jadi Anda mungkin berpikir kami tidak akan tahu bahwa itu ada di sana. Namun, kita akan tahu bahwa Bulan itu ada karena dua sampai empat kali setahun Bulan melintas di depan Matahari, menghalangi sebagian atau seluruh cahaya yang datang darinya.

Dalam hal bukti, gerhana matahari total adalah contoh yang cukup spektakuler dari "konklusif."

Inilah yang terjadi pada tingkat yang kurang dramatis dengan fotometri transit. Jika sebuah planet mengorbit bintang lain dan bidang orbitnya sejajar dengan tata surya kita, maka cepat atau lambat akan berlalu di depan cakram bintang utamanya. Ketika melakukannya, atau transit, itu memblokir bagian dari cahaya seperti Bulan melakukan Matahari.

Itu tidak banyak. Bumi yang lewat di depan Matahari akan memblokir hanya 0, 008 persen cahayanya, tetapi dapat dideteksi. Dengan memplot kecerahan bintang selama waktu transisi, mungkin untuk tidak hanya mendeteksi planet, tetapi juga menyimpulkan karakteristik orbital dan radiusnya. Dikombinasikan dengan teknik pendeteksian lain, adalah mungkin untuk belajar tentang massa, kepadatan, struktur dan atmosfernya (jika ada).

Kamera terbesar di dunia

Karya fotometri transit dan merupakan teknik paling sukses hingga saat ini, tetapi mengapa membangun teleskop ruang angkasa baru? Benar, observatorium yang membumi mungkin memiliki masalah, tetapi mengapa tidak menggunakan Hubble atau yang lain?

Jawabannya ada di bidang visi. Pada suatu saat Hubble hanya dapat menutupi sebagian kecil dari langit tentang ukuran Bulan purnama seperti yang terlihat dari Bumi. Ini tidak masalah dalam kebanyakan misi, tetapi tidak ada cara untuk mengetahui bintang mana yang memiliki exoplanet atau kapan akan melakukan transit. Teleskop bisa melihat bintang selama 200 tahun sebelum melihat kejadian semacam itu - kemudian harus menunggu 200 tahun lagi untuk memastikannya.

Tak perlu dikatakan, Kongres AS akan mengambil pandangan redup pembiayaan Hubble untuk menghabiskan hingga 400 tahun melihat satu bintang, sehingga beberapa alternatif diperlukan. Ini bahkan lebih benar ketika Anda mempertimbangkan beberapa fakta tentang planet ekstrasurya yang potensial.

Hal pertama adalah bahwa metode transit hanya berfungsi jika bidang orbit exoplanet sesuai dengan tata surya. Untuk planet-planet dengan orbit kecil, yang bekerja untuk hanya 10 persen dari semua bintang dan kemungkinan memburuk sebagai orbit semakin besar. Juga, planet-planet harus berada dalam sekitar 3.000 tahun cahaya untuk dips cahaya untuk dapat dideteksi. Dan ini tidak dibantu oleh fakta bahwa beberapa bintang secara alami bervariasi dalam kecerahan hingga menyebabkan metode transit menghasilkan sebanyak 40 persen positif palsu untuk sistem planet tunggal yang perlu dikonfirmasi dengan metode independen.

Apa ini intinya adalah bahwa untuk menemukan exoplanet, teleskop ruang angkasa tidak dapat melihat satu atau dua bintang pada satu waktu, tetapi perlu mengambil puluhan atau ratusan ribu secara bersamaan pada basis siang-malam atas jangka waktu bertahun-tahun.

Di sinilah Kepler datang. Pada dasarnya, Kepler adalah misi yang sangat sederhana. Dimana probe luar angkasa lain membawa rakit instrumen, seperti pencitra, magnetometer, penghitung radiasi, sensor inframerah, detektor mikrometeoroid dan sejenisnya, Kepler hanya memiliki satu instrumen - tidak lebih atau kurang dari kamera terbesar yang pernah dikirim keluar dari orbit Bumi di saat peluncurannya.

Ini juga merupakan kamera sudut lebar yang mampu memantau kecerahan sekitar 150.000 bintang deret utama - 90.000 di antaranya seperti Matahari - secara bersamaan di bidang penglihatan yang tetap. Ini menunjuk pada bagian yang sangat spesifik dari langit di wilayah rasi Cygnus dan Lyra yang terletak di sepanjang garis cakram galaksi Bima Sakti. Wilayah ini berada di lingkungan umum yang sama dengan Matahari, jadi bintang-bintang di sana memiliki usia yang sama dan harus memiliki komposisi yang sama. Sama pentingnya, bintang-bintang di sana relatif dekat dengan antara 600 dan 3.000 tahun cahaya, sehingga metode transit memiliki peluang yang lebih baik untuk bekerja karena lebih banyak cahaya yang dikumpulkan dari masing-masing, mengurangi tingkat kebisingan dari sinyal.

Alasan lain untuk menunjuk pada satu bidang langit adalah bahwa hal itu memungkinkan para insinyur untuk membuat pesawat ruang angkasa Kepler baik stabil dan sederhana. Untuk melakukan hal ini, pesawat ruang angkasa itu sendiri secara mengejutkan dilucuti dan menjadi dasar. Dibangun oleh Ball Aerospace & Technologies, Kepler memiliki berat peluncuran hanya 1.052, 4 kg (2, 320 lb), dengan setengah massa diambil oleh instrumen ilmiah satu-satunya - fotometer.

Fotometer

Fotometer Kepler terdiri dari teleskop Schmidt - teleskop sudut lebar khusus yang disukai oleh para astronom untuk survei langit. Ini adalah teleskop Schmidt terbesar kesembilan yang pernah dibangun dan saat peluncuran adalah teleskop terbesar yang pernah dikirim ke luar angkasa. Namun, ini disebut fotometer daripada teleskop karena tidak mengambil gambar dalam arti kata yang diterima. Sebaliknya, mengukur intensitas cahaya yang dibutuhkan, menghasilkan kurva pada grafik yang menampilkan pengukuran tersebut dari waktu ke waktu.

Jantung fotometer adalah cermin utama 1, 4-m (4, 6-ft) yang terbuat dari kaca yang ringan, ultra-ekspansi rendah dengan lapisan perak yang disempurnakan. Ini dipasang pada tiga mekanisme fokus untuk penyesuaian yang sangat halus yang, sekali diatur, tidak memerlukan daya untuk tetap di tempat. Cahaya yang dikumpulkan dari cermin ini menyalurkan ke pelat korektor Schmidt 0, 95-m (3, 1-kaki), yang memberi Kepler bidang pandang sekitar 105 derajat persegi. Sebagai perbandingan, teleskop Hubble hanya dapat mengelola 10 persegi busur menit, atau sekitar seperenam derajat.

Di tengah-tengah antara cermin utama dan korektor adalah bagian pintar Kepler, array focal-plane. Ini terdiri dari seperangkat 42 charge-coupled devices (CCD) seperti yang ditemukan di smartphone dan kamera digital, meskipun ini memiliki resolusi gabungan 95 megapiksel dan didinginkan hingga - 85 ° C (-121 ° F) oleh seri pipa panas pasif. Ini memberi umpan ke 84 saluran data yang diubah menjadi format digital oleh komputer onboard, kemudian disimpan hingga 60 hari dalam memori solid-state sambil menunggu jendela transmisi bulanan berikutnya.

Stabilitas

Tapi semua ini tidak berarti apa-apa jika fotometer tidak disimpan sedekat mungkin masih mungkin. Untuk mencapai hal ini, Kepler dirancang dengan sedikit bagian yang bergerak. Bahkan, satu-satunya bagian yang bergerak adalah roda reaksi yang menjaga teleskop menunjuk ke satu arah. Cairan juga dapat mendestabilisasi pesawat ruang angkasa jika mereka diizinkan untuk mengaduk-aduk, sehingga Kepler hanya memiliki jatah kecil hidrazin untuk sikap pendorong yang dipegang tetap oleh membran bertekanan. Ini juga mengapa tidak memiliki mesin untuk mengubah orbitnya.

Selain itu, 10, 2-m² (109, 8-ft²), 1, 1-kW solar array yang juga bertindak sebagai perisai panas tetap di tempat bahkan sebelum peluncuran, seperti juga antena radio untuk mengirim dan menerima data. Inilah sebabnya mengapa Kepler hanya mentransmisikan data secara berkala. Untuk melakukannya, Kepler harus menyerahkan dirinya sendiri untuk transmisi tingkat tinggi ke Bumi.

Bahkan orbit yang dipilih untuk Kepler dirancang untuk stabilitas maksimum. Dengan memiliki pesawat ruang angkasa di belakang Bumi, itu mengalami efek gravitasi minimal dan kekuatan lain yang biasanya akan menerapkan torsi dan menggeser perilaku Kepler. Satu-satunya sumber utama torsi yang harus dipertimbangkan adalah dari angin matahari, dan dengan menyeimbangkan pesawat ruang angkasa melawan angin itu, mereka benar-benar bertindak sebagai penstabil - seperti memasang layar di atas perahu.

Mulai perburuan

Kepler diluncurkan pada 6 Maret 2009, pukul 19:49 PST (7 Maret, 03:49 GMT) di atas rok United Launch Alliance Delta II dari Space Launch Complex 17B di stasiun Angkatan Udara Cape Canaveral di Florida dan mulai beroperasi pada 12 Mei. setelah pelayaran shakedown. Saat ini dalam orbit heliosentris, Bumi-trailing dengan periode 372, 57 hari, yang memperlambat perubahan dari waktu ke waktu.

Menurut NASA, tujuan utama misi Kepler adalah mencari planet ekstrasurya dan menentukan sesuatu dari propertinya; temukan sebanyak planet terestrial dan planet yang lebih besar di atau dekat zona layak huni dan tentukan frekuensi mereka; mempelajari ukuran planet, bagaimana mereka didistribusikan dalam sistem mereka dan orbitnya; memperkirakan frekuensi planet dalam sistem bintang ganda; dan mengembalikan data spektral pada bintang induk.

Namun, Kepler tidak, secara teknis, seorang pemburu planet. Ini lebih dari surveyor pendahuluan. Hal ini karena Kepler cenderung mengirim kembali persentase positif palsu yang tinggi, sehingga setiap "planet" yang ditemukan hanyalah seorang kandidat yang harus dikonfirmasi dengan pengamatan di lapangan. Ini sedikit seperti penambangan emas. Apa yang Anda temukan mungkin terlihat seperti emas, tetapi Anda masih perlu mengirimkannya ke kantor pengujian untuk menentukan apakah itu emas asli atau pirit besi, tepat disebut "emas bodoh."

Ketika Kepler mengirim kembali data, para kandidat diidentifikasi dan kemudian informasi itu dikirim ke berbagai observatorium darat atau ruang untuk konfirmasi. Observasi ini menggunakan metode selain transit, sehingga mereka juga dapat mempelajari lebih lanjut tentang planet dan bintang mereka, termasuk ukuran, massa, dan usia mereka.

Proses konfirmasi sangat rumit dan teliti. Sederhananya, ini melibatkan proses eliminasi dengan mencari benda-benda terdekat yang bisa mencemari kurva cahaya atau jika bintang yang dimaksud adalah raksasa merah atau bintang variabel yang bisa menghasilkan kurva cahaya seperti planet. Dengan menggunakan data Kepler sebagai titik awal, mereka yang bertanggung jawab untuk konfirmasi menggunakan astrometri untuk mengukur bagaimana bintang induk bergerak di bawah pengaruh planet yang tak terlihat, spektroskopi Doppler untuk mencari pergeseran spektrum cahaya, waktu transit berturut-turut yang mungkin bergeser jika planet kandidat mengorbit lebih dari satu bintang, dan mencari tanda-tanda cahaya yang dipantulkan dari planet yang dicurigai.

Perpanjangan misi dan kehilangan roda

Misi Kepler awalnya dijadwalkan untuk berlangsung selama 3, 5 tahun, tetapi tingkat kebisingan yang tidak terduga tinggi dalam data dari daerah yang disurvei dan pesawat ruang angkasa itu sendiri diminta NASA pada April 2012 untuk memperpanjangnya hingga 2016 untuk memenuhi semua tujuan misi. Itu bukan kemungkinan yang tak terduga dan profil misi dibuat untuk memungkinkan ini, tapi itu tidak lama sebelum hal-hal mulai berbentuk buah pir.

Komponen kunci dalam menjaga Kepler menunjuk kaku ke arah yang benar adalah seperangkat empat roda reaksi - giroskop kecil yang mengelola sikap pesawat ruang angkasa tanpa menggunakan pendorong. Sayangnya, pada Juli 2012, salah satu dari empat roda reaksi gagal.

Seperti kebanyakan pesawat luar angkasa, Kepler memiliki tingkat redundansi yang tinggi, sehingga hilangnya salah satu roda lebih menyebalkan daripada mengkhawatirkan. Tiga roda lainnya juga bisa melakukan pekerjaan dengan mudah. Kemudian pada 11 Mei 2013, roda kedua gagal. Ini menempatkan seluruh misi dalam bahaya, tetapi hal-hal dengan cepat berubah dari buruk menjadi lebih buruk di bulan Juli ketika dua roda terakhir mulai mengalami kerusakan dalam empat hari satu sama lain, dengan keduanya menunjukkan tanda-tanda gesekan yang meningkat.

Tanpa setidaknya tiga roda yang berfungsi, misi Kepler sebagai rencana semula ditakdirkan, sehingga pada 2 Agustus 2013, NASA mulai mengumpulkan ide-ide untuk misi baru untuk pesawat ruang angkasa Kepler sementara evaluasi sistem penuh dilakukan. Dua hari kemudian, misi saat ini ditinggalkan dan laporan rekayasa diperintahkan.

K2 - Cahaya Kedua

Pada bulan November 2013, evaluasi dan brainstorming ini menyebabkan ditinggalkannya misi Kepler untuk mendukung yang baru yang disebut K2 atau "Cahaya Kedua. " Ini melibatkan operasi semacam juri untuk membantu Kepler mendapatkan kembali stabilitasnya tanpa menggunakan roda reaksi.

Para insinyur NASA mengatur ini dengan menggunakan panel surya seperti layar. Sebelumnya, panel telah bertindak sebagai cara untuk meniadakan torsi yang disebabkan oleh angin matahari. Sekarang itu digunakan dengan mengatur pesawat ruang angkasa pada sudut sedemikian rupa sehingga panel surya seimbang terhadap angin sedemikian rupa sehingga pesawat ruang angkasa selalu menunjuk pada sudut yang sama relatif terhadap ekliptika. Dalam istilah praktis, ini berarti bahwa itu selalu menunjuk dengan cara yang sama dalam kaitannya dengan jalan yang dilaluinya.

Kabar baiknya adalah bahwa itu berarti Kepler bisa terus melakukan pengamatan. Kabar buruknya adalah bahwa hal itu dapat menunjuk pada serangkaian area terbatas saat mengitari Matahari. Selain itu, fotometer masih bisa mempertahankan presisi sekitar 300 bagian per juta dibandingkan dengan sebelumnya 20 bagian per juta - penurunan, tetapi satu yang dapat diterima dan kemudian pengujian menggunakan dua roda yang tersisa membawa ini hingga 44 bagian per juta.

Operasi penyelamatan ini berarti bahwa Kepler dapat terus mencari planet-planet panas yang berputar di sekitar bintang terang serta planet-planet kecil di sekitar bintang kecil yang terang. Ini bisa mengidentifikasi planet berpotensi layak huni yang mengorbit M-dwarf yang dekat dengan tata surya serta supernova pada tahap awal keruntuhannya.

Pada Desember 2014, K2 menemukan planet ekstrasurya pertama, super-Bumi yang disebut HIP 116454 b dan misi begitu sukses sehingga pada Juni 2016 diperpanjang selama tiga tahun, atau melewati titik ketika pendorong Kepler akan kehabisan propelan, memaksa mengakhiri operasi.

Hasil

Hingga kini, Kepler telah menemukan 2, 723 exoplanet yang dikonfirmasi dengan kemungkinan lebih banyak untuk diikuti di tahun-tahun mendatang ketika lebih banyak kandidat planet dipelajari. Tentu saja, Kepler tidak menemukan semua planet ini sekaligus. Sebaliknya, itu adalah proses kumulatif yang lambat karena banyak kandidat membutuhkan beberapa transit untuk menyediakan data yang cukup untuk hasil yang positif.

Itu tidak sampai beberapa bulan ke dalam misi bahwa kandidat planet pertama ditemukan dan, seperti yang diharapkan, ini adalah planet-planet berukuran besar yang mengorbit di dekat bintang-bintang mereka. Ketika Kepler terus menonton, lebih banyak data dikumpulkan dan lebih banyak penemuan dibuat, tetapi segera menjadi jelas bahwa hal-hal tidak persis seperti yang telah diprediksi.

Apa yang ditunjukkan Kepler adalah sebagian besar planet ekstrasurya lebih kecil dari Jupiter dan sebagian besar lebih kecil daripada Neptunus. Faktanya, kelompok terbesar adalah planet-planet yang lebih besar dari Bumi, tetapi lebih kecil dari Neptunus. Apa yang signifikan adalah bahwa mini-Neptunus ini tidak dikenal di tata surya dan, bahkan lebih menarik, planet-planet ini duduk dalam kategori ukuran / massa bahwa mereka mungkin seluruhnya terbuat dari air tanpa jenis inti berbatu.

Selain itu, Kepler menemukan bahwa planet Merkurius di tata surya kita, yang merupakan planet terdekat dengan Matahari, akan menjadi garis jauh yang jauh di sistem planet lain. Data Kepler menunjukkan bahwa sejumlah besar exoplanet memiliki periode orbital yang jauh lebih pendek dari Merkurius 88 hari. Angka yang mengejutkan adalah super-Jupiters dengan periode yang tidak dalam hitungan hari, tetapi dalam jam. Satu bahkan memiliki "tahun " 168 menit.

Kejutan lain adalah super-Neptunus yang mengorbit sangat dekat dengan bintang yang hanya berusia 5 hingga 10 juta tahun. Ini berarti bahwa raksasa gas semacam itu dapat terbentuk dengan sangat cepat, atau mereka membentuk jauh dari bintang mereka dan kemudian bermigrasi ke dalam. Tetapi kejutan yang lebih besar adalah penemuan planet-planet super-Bumi - seperti Bumi yang lebih besar dari Bumi. Planet semacam itu tidak ditemukan di tata surya. Namun, karena begitu sedikit yang diketahui tentang komposisi atau struktur mereka, pertanyaannya tetap apakah ini adalah planet berbatu besar seperti Bumi atau raksasa gas kecil seperti Neptunus.

Penemuan lebih banyak eksoplanet menunjukkan bahwa teori dasar pembentukan plaet benar - planet terbentuk dari gas dan debu yang mengembun menjadi protobintang dengan cakram berputar. Bahkan, tampak bahwa kebanyakan bintang memiliki planet yang berputar di sekitar mereka dengan 22 hingga 40 persen dari sistem yang memiliki lebih dari satu planet, bahkan mungkin lebih besar karena fakta bahwa beberapa planet sangat sulit untuk dideteksi saat ini.

Apa yang tidak diharapkan adalah bahwa struktur sistem akan sangat bervariasi. Alih-alih terlihat seperti tata surya dengan planet-planet dalam dan planet luar yang ganas, struktur sistem ekstrasurya tampaknya acak. Juga, beberapa sistem jauh lebih kompak daripada yang diperkirakan mungkin dengan sebagian besar planet mereka dalam 0, 1 AU (9, 3 juta mil, 15 juta km) dari bintang-bintang mereka dan beberapa dalam 0, 02 AU (1, 8 juta mil, 3 juta km). Hal ini dianggap tidak mungkin karena sistemnya akan terlalu tidak stabil, tetapi ternyata tidak demikian.

Ada sedikit kabar baik untuk penggemar Star Wars - planet-planet seperti Tatooine fiksi dengan lebih dari satu matahari di langit berubah menjadi nyata. Bahkan, setengah dari bintang-bintang seperti Matahari di galaksi adalah bagian dari sistem bintang biner dan Kepler menemukan 11 yang memiliki planet yang berputar di sekitar kedua bintang dalam orbit yang kompleks. Menurut data, bulan dari salah satu planet ini mungkin layak huni. Apakah ada Ewok di atasnya masih harus dilihat.

Beberapa exoplanet yang ditemukan benar-benar aneh. Satu memiliki kerapatan sangat kecil yang kurang dari helium, tetapi untuk beberapa alasan tidak jatuh di bawah beratnya sendiri. Yang lain lebih terang dari bintang induknya, menunjukkan bahwa mereka bukan planet, tetapi katai putih. Beberapa dunia terbuat dari berlian. Yang lainnya sangat panas yang memiliki lautan lava yang meleleh, awan titanium mengembus atmosfer, dan hujan batu.

Menjelang akhir misi Kepler, Astronom dapat mulai membuat tebakan tentang galaksi kita - yang mengandung 100 hingga 400 miliar planet, 100 juta di antaranya adalah seperti Bumi. 500 juta planet berada di zona layak huni dengan 30.000 planet layak huni dalam seribu tahun cahaya Bumi dengan yang paling dekat dalam 12 tahun cahaya dan hingga 2, 7 persen dari bintang Sunlike memiliki planet mirip Bumi di dalam zona layak huni mereka. Itu bermuara pada dua miliar planet analog Bumi. Jika galaksi-galaksi yang lain mirip dengan galaksi kita, yang bekerja untuk satu sekstan analog Bumi di alam semesta.

Itu banyak real estate yang berpotensi dihuni.

Mengapa repot-repot mencari exoplanet?

Tetapi apakah arti penting dari planet-planet ekstrasurya ini? Apa bedanya batu atau bola gas mengorbit bintang lain yang berjarak ratusan tahun cahaya? Siapa peduli?

Jawaban yang paling mudah adalah jawaban biasa tentang eksplorasi yang jauh di dalam DNA manusia - kebutuhan yang membakar untuk mencari kehidupan baru dan peradaban baru, untuk membelah infinitif yang tidak terbelah sebelumnya. Dan ada banyak yang bisa dikatakan tentang itu. Bahkan jika seseorang tidak mengikuti nada yang lebih romantis ini, eksplorasi memang membayar dividen.

Misalnya, ketika orang-orang Eropa menjadi gila sekitar 600 tahun yang lalu dan mulai menyeberangi lautan, mendaki gunung, melintasi padang pasir, dan pergi ke tempat yang tidak diketahui dengan cara yang tidak pernah diperhatikan siapa pun sebelumnya, sebagian besar, seperti mencari kutub, tampak sedikit bodoh pada saat itu, tetapi itu mengubah dunia kita tanpa dikenali. Dan kita telah melihat hal yang sama pada abad yang lalu ketika mencoba beberapa sains atau rekayasa yang menarik mengarah pada hal-hal seperti tenaga nuklir, antibiotik, telepon pintar, dan kecerdasan buatan.

Tetapi dengan exoplanet, pekerjaan misi Kepler dan K2 telah memiliki dampak yang pasti pada dunia kita bahwa suatu hari, seperti yang telah kita katakan, bisa sebanding dengan yang disebabkan oleh teleskop Galileo. Berkat Kepler, kita sekarang memiliki pemahaman yang jauh lebih baik tentang berapa banyak planet yang mungkin menjadi tempat Milky Way, struktur sistem planet, dan bagaimana sistem tata surya membandingkan.

Efek lain dari Kepler telah berdampak pada pencarian kehidupan di luar bumi. Tidak hanya memiliki pesawat ruang angkasa yang ditemukan planet, atau bahkan berpotensi planet layak huni, tetapi setidaknya satu fenomena mengangkat beberapa rambut asli di bagian belakang kepala karena bisa jadi hasil dari bukan kehidupan, tetapi kecerdasan.

Bintang KIC8462852 menunjukkan transit dimana bintang dicelupkan dalam kecerahan hingga 20 persen. Lebih buruk lagi, lekuknya sangat rumit dan tidak teratur. Mengesampingkan sebuah planet, satu penjelasan yang mungkin adalah bahwa bintang itu adalah rumah bagi segerombolan komet raksasa berdiameter 100 km (62 mil) yang mengorbit bintang dalam awan yang hilang.

Alternatif lain yang dikemukakan adalah bahwa ini adalah struktur buatan raksasa yang dibangun oleh beberapa peradaban super canggih. Mungkin penduduk KIC8462852 berada di tengah-tengah membangun bola Dyson - cangkang tiruan yang mencakup seluruh bintang untuk menangkap seluruh output energinya sambil menyediakan pembangun dengan ruang hidup 550 juta kali lebih besar daripada permukaan bumi. . Meskipun ini sangat spekulatif dan hampir pasti tidak terjadi, itu menunjukkan apa yang menarik yang bisa diungkapkan oleh data Kepler.

Pada taktik yang lebih konservatif, Kepler telah menemukan sejumlah planet mirip Bumi yang mengejutkan di dalam zona layak huni bintang mereka. Ini tidak berarti bahwa planet-planet ini mendukung kehidupan, karena istilah "dapat dihuni" seperti yang digunakan oleh para ilmuwan begitu murah hati sehingga di tata surya itu tidak hanya berlaku untuk Bumi, tetapi juga Venus, yang memiliki atmosfer beracun dan cukup panas untuk mencairkan timah, dan Mars, di mana jika kehidupan memang ada, tidak pernah naik di atas tingkat mikroba yang sangat primitif.

Untuk menentukan apakah sebuah planet benar-benar layak huni dalam arti benar-benar mampu mendukung kehidupan, kita perlu belajar lebih banyak tentang sifat planet ekstrasurya, tetapi juga tentang Bumi kita sendiri dan mengapa ia memiliki kehidupan. Kita harus menjawab pertanyaan apakah kehidupan muncul dengan sangat mudah jika air hadir, atau jika itu tergantung pada campuran faktor yang rumit seperti mengorbit jenis bintang tertentu, memiliki medan magnet, memiliki campuran elemen yang tepat, hanya memiliki cukup air dan tidak ada lagi, atau memiliki bulan besar yang menghasilkan pasang surut.

Karena ini adalah masalah yang sangat rumit, mungkin lebih baik untuk mengayak melalui data Kepler untuk menemukan planet-planet di mana dimungkinkan untuk secara langsung mendeteksi biosignatures seperti oksigen bebas di atmosfer.

Pencarian kehidupan ini penting bukan hanya karena jawaban dari pertanyaan "Apakah kita sendirian?" Ini juga suatu hari akan berdampak sangat langsung pada umat manusia. Akan ada waktu jutaan tahun di masa depan ketika Bumi tidak bisa dihuni. Ketika itu terjadi, kita harus mencari rumah baru. Karena kemungkinan terraforming planet lain di tata surya ternyata sangat tidak mungkin, untuk sedikitnya, mungkin bahwa ini exoplanet pertama kali dilihat oleh Keper dingin suatu hari menjadi Nova Terra.

Kemudian, untuk pergi dari yang dramatis ke arah yang lebih menarik, Kepler telah mengilhami serangkaian poster perjalanan yang memuji potensi liburan dari lokasi eksotis seperti Kepler-16b yang terpendam kembar, hutan merah yang hipotetis di Kepler-186f, dan tujuan lainnya terungkap. oleh Kepler dan teleskop lainnya. Yang Anda butuhkan untuk memesan paket tur adalah kartu kredit utama dan bagi fisikawan untuk memecahkan lebih cepat daripada perjalanan cahaya.

Masa depan

Kepler mungkin mendekati akhir dari hari-harinya, ketika itu akan shutdown untuk mencegah radio dari menjadi bahaya ke pesawat ruang angkasa lain atau Deep Space Network, tapi itu bukan akhir dari berburu exoplanet. Pada April 2018, NASA meluncurkan Satelit Survei Satelit Transitlanet (TESS), yang akan mencari exoplanet di seluruh langit. ESA telah mengumumkan bahwa mereka akan meluncurkan misi Ariel untuk mempelajari atmosfer planet luar angkasa dan satelit Gaia terus memetakan Bima Sakti. Sementara itu, CubeSats pun ikut dalam aksi perburuan exoplanet.

Kemudian ada observatorium dan instrumen baru di Bumi untuk membantu dalam perburuan dan untuk memverifikasi penemuan yang dibuat oleh konstelasi pesawat ruang angkasa yang terus bertambah. Perburuan exoplanet bergeser ke gigi yang lebih tinggi, dengan prospek bahwa jumlah exoplanet yang dikonfirmasi meningkat dari ribuan menjadi puluhan atau bahkan ratusan ribu dalam waktu dekat.

Secara keseluruhan, Kepler mewakili perubahan laut yang luar biasa. Dalam waktu kurang dari 10 tahun, kita telah pergi dari mengetahui hanya beberapa eksoplanet ke katalog ribuan. Perburuan exoplanet telah pergi dari perairan astronomi eksentrik ke bidang studi utama. Lebih dari itu, Kepler telah membantu mengubah cara kita memandang alam semesta.

Diperlukan waktu beberapa dekade untuk menyelesaikan analisis data Kepler dan beberapa dasawarsa lagi untuk memilah signifikansi dari apa yang dikatakannya. Bahkan dapat diperdebatkan bahwa dampak penuh Kepler dapat mengambil berabad-abad untuk dimainkan, sama seperti karya para ilmuwan awal masih bergema hingga hari ini. Tapi satu hal yang pasti - terima kasih Kepler, kita sudah mulai bertemu dengan tetangga.

Bumi seperti yang terlihat oleh Kepler selama K2 (Credit: NASA)

Ilustrasi bagaimana Kepler memburu planet menggunakan kurva cahaya (Credit: NASA)

Salah satu roda reaksi yang membuat Kepler tetap stabil (Credit: NASA)

Planet layak huni kecil ditemukan oleh Kepler pada 2016 (Credit: NASA)

Konsep artistik yang menggambarkan satu kemungkinan tampilan planet Kepler-452b (Credit: NASA)

Perbandingan Bumi (kiri) dan Kepler-452b (Kredit: NASA)

Sistem Kepler 452 dibandingkan dengan tata surya (Credit: NASA)

Perakitan pesawat fokus Kepler (Credit: NASA)

KIC 8462852 mungkin rumah bagi kawanan komet raksasa (Credit: NASA)

Sistem Kepler 11 dibandingkan dengan tata surya (Credit: NASA)

Kepler 90 (Kredit: NASA)

(Kredit: NASA)

Kepler-64b :, sebuah planet bintang empat (Credit: NASA)

Diagram Kepler (Kredit: NASA)

Konsep seniman menggambarkan Kepler-62f, planet berukuran super Bumi di zona layak huni dari bintang yang lebih kecil dan lebih dingin dari matahari, yang terletak sekitar 1.200 tahun cahaya dari Bumi di rasi Lyra (Credit: NASA)

Kepler-62f dengan 62e sebagai bintang pagi (Kredit: NASA)

Konsep seniman menggambarkan Kepler-69c, planet berukuran super Bumi di zona layak huni bintang seperti matahari kita, yang terletak sekitar 2.700 tahun cahaya dari Bumi di konstelasi Cygnus.Kepler-69c, 70 persen lebih besar. dari ukuran Bumi, dan merupakan yang terkecil namun ditemukan mengorbit di zona layak huni dari bintang yang seperti matahari (Credit: NASA)

Konsep seniman menggambarkan Kepler-62e, planet berukuran super Bumi di zona layak huni bintang yang lebih kecil dan lebih dingin dari matahari (Credit: NASA)

Sistem Kepler 62 dibandingkan dengan tata surya (Credit: NASA)

Sistem Kepler 69 dibandingkan dengan tata surya (Credit: NASA)

Ukuran relatif dari planet zona layak huni Kepler ditemukan pada 18 April 2013 (Kredit: NASA)

PSR B1257 + 12 '- rumah planet pulsar pertama yang ditemukan (Kredit: NASA)

Kepler 78b dibandingkan dengan Bumi (Kredit: NASA)

Bumi 'Tatooine ' planet dengan dua matahari (Kredit: NASA)

Exome Hypothetical layak pakai (Credit: NASA)

Exoplanet yang bisa dihuni (Credit: NASA)

The Kepler 90 dibandingkan dengan tata surya (Kredit: NASA)

Grafik sistem Kepler 90 (Kredit: NASA)

Grafik penemuan planet ekstrasurya (Kredit: NASA)

Kepler infographic (Kredit: NASA)

Konsep seniman tentang planet transit pertama dalam gugus bintang (Credit: NASA)

Kepler 10c (Kredit: NASA)

Kepler-421b adalah exoplanet transit dengan tahun terpanjang yang diketahui (Credit: NASA)

Infographic K2 (Kredit: NASA)

Sudut pandang misi Kepler (Kredit: NASA)

Bidang pandang misi K2 (Kredit: NASA)

Diagram Kepler 138 (Kredit: NASA)

Kepler 16b (Kredit: NASA)

Misi pertama Kepler (Credit: NASA)

Kepler planet zona layak huni (Kredit: NASA)

Kepler menggunakan panel surya sebagai perisai panas (Credit: NASA)

Konsep seniman tentang Kepler (Kredit: NASA)

Bidang pandang Kepler untuk survei (Credit: NASA)

Poster perjalanan untuk Kepler 16b (Kredit: NASA)

Poster perjalanan Kepler 186f (Kredit: NASA)

Konsep seniman menggambarkan Kepler-186f, planet bumi-ukuran pertama yang divalidasi untuk mengorbit bintang yang jauh di zona layak huni (Credit: NASA)

Sistem Kepler 186 dibandingkan dengan tata surya (Credit: NASA)

Kepler 444 dan lima planet (Kredit: NASA)

Ilustrasi tentang bagaimana Kepler mengamati langit (Credit: NASA)

Tampilan Cutaway Kepler (Credit: NASA)

Cara mana Kepler menunjukkan kaitannya dengan piringan galaksi (Credit: NASA)

Kepler diluncurkan pada tahun 2009 (Credit: NASA)

Kepler-7b (kiri), yang 1, 5 kali radius Jupiter (kanan), adalah planet ekstrasurya pertama yang memetakan awan (Credit: NASA)

Bagaimana planet tidak diukur (Kredit: NASA)

Sebuah planet berukuran Neptunus dengan atmosfer yang jelas ditampilkan menyilang di depan bintangnya dalam penggambaran artis ini (Credit: NASA)

Langit eksoplanet (Kredit: NASA)

Mempelajari bintang-bintang dengan Kepler (Credit: NASA)

Kandidat planet Kepler Baru (Credit: NASA)

Kepler planet zona layak huni (Kredit: NASA)

Ukuran planet kecil (Kredit: NASA)

Bagaimana planet berevolusi (Credit: NASA)

Populasi Exoplanet (Credit: NASA)

Kurva cahaya (Kredit: NASA)

Galileo (Kredit: Domain publik)