telescópio espacial Kepler -Kepler space telescope

Kepler
Kepler em órbita
Impressão artística do telescópio Kepler
Tipo de missão telescópio espacial
Operador NASA  / LASP
ID COSPAR 2009-011A Edite isso no Wikidata
SATCAT nº. 34380
Local na rede Internet www.nasa.gov/kepler _ _ _
Duração da missão Planejado: 3,5 anos
Final: 9 anos, 7 meses, 23 dias
Propriedades da nave espacial
Fabricante Bola Aeroespacial e Tecnologias
massa de lançamento 1.052,4 kg (2.320 lb)
Massa seca 1.040,7 kg (2.294 lb)
Massa da carga útil 478 kg (1.054 lb)
Dimensões 4,7 m × 2,7 m (15,4 pés × 8,9 pés)
Poder 1100 watts
Início da missão
Data de lançamento 7 de março de 2009, 03:49:57  UTC ( 2009-03-07UTC03:49:57 )
Foguete DeltaII (7925-10L)
Local de lançamento Cabo Canaveral SLC-17B
Contratante United Launch Alliance
entrou em serviço 12 de maio de 2009, 09:01 UTC
Fim da missão
Desativado 15 de novembro de 2018 ( 15/11/2018 )
Parâmetros orbitais
Sistema de referência Heliocêntrico
Regime à direita da Terra
Semi-eixo maior 1,0133 UA
Excentricidade 0,036116
Altitude do periélio 0,97671 UA
Altitude do afélio 1,0499 UA
Inclinação 0,4474 graus
Período 372,57 dias
Argumento do periélio 294,04 graus
Anomalia média 311,67 graus
Movimento médio 0,96626 graus/dia
Época 1º de janeiro de 2018 ( J2000 : 2458119,5)
telescópio principal
Tipo Schmidt
Diâmetro 0,95 m (3,1 pés)
área de coleta 0,708 m 2 (7,62 pés quadrados)
comprimentos de onda 430–890 milhas náuticas
Transponders
largura de banda Banda X para cima: 7,8 bit/s – 2 kbit/s
Banda X para baixo: 10 bit/s – 16 kbit/s
K a banda para baixo: Até 4,3 Mbit/s
Kepler logo.svg
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O telescópio espacial Kepler é um telescópio espacial fora de uso lançado pela NASA em 2009 para descobrir planetas do tamanho da Terra orbitando outras estrelas . Batizada em homenagem ao astrônomo Johannes Kepler , a espaçonave foi lançada em uma órbita heliocêntrica seguindo a Terra . O investigador principal foi William J. Borucki . Após nove anos e meio de operação, o combustível do sistema de controle de reação do telescópio se esgotou e a NASA anunciou sua aposentadoria em 30 de outubro de 2018.

Projetado para pesquisar uma porção da região terrestre da Via Láctea para descobrir exoplanetas do tamanho da Terra em ou perto de zonas habitáveis ​​e estimar quantos bilhões de estrelas na Via Láctea têm tais planetas, o único instrumento científico de Kepler é um fotômetro que monitora continuamente o brilho de aproximadamente 150.000 estrelas da sequência principal em um campo de visão fixo. Esses dados foram transmitidos para a Terra e depois analisados ​​para detectar o escurecimento periódico causado por exoplanetas que cruzam na frente de sua estrela hospedeira. Apenas planetas cujas órbitas são vistas de lado da Terra podem ser detectados. O Kepler observou 530.506 estrelas e detectou 2.662 planetas.

História

Desenvolvimento de pré-lançamento

O telescópio espacial Kepler fazia parte do Programa de Descoberta da NASA de missões científicas de custo relativamente baixo. A construção e a operação inicial do telescópio foram gerenciadas pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA , com a Ball Aerospace responsável pelo desenvolvimento do sistema de voo Kepler.

Em janeiro de 2006, o lançamento do projeto foi adiado oito meses por causa de cortes orçamentários e consolidação da NASA. Foi adiado novamente por quatro meses em março de 2006 devido a problemas fiscais. Nessa época, a antena de alto ganho foi alterada de um projeto conduzido por gimbal para um fixo à estrutura da espaçonave para reduzir o custo e a complexidade, ao custo de um dia de observação por mês.

Pós-lançamento

O Ames Research Center foi responsável pelo desenvolvimento do sistema terrestre, operações da missão desde dezembro de 2009 e análise de dados científicos. A vida útil inicial planejada era de 3,5 anos, mas o ruído maior do que o esperado nos dados , tanto das estrelas quanto da espaçonave, significava que era necessário mais tempo para cumprir todos os objetivos da missão. Inicialmente, em 2012, a missão seria estendida até 2016, mas em 14 de julho de 2012, uma das quatro rodas de reação da espaçonave , usadas para apontar a espaçonave, parou de girar, e completar a missão só seria possível se todas as outras rodas de reação permaneceu confiável. Então, em 11 de maio de 2013, uma segunda roda de reação falhou, desativando a coleta de dados científicos e ameaçando a continuação da missão.

Em 15 de agosto de 2013, a NASA anunciou que havia desistido de tentar consertar as duas rodas de reação que falharam. Isso significava que a missão atual precisava ser modificada, mas não significava necessariamente o fim da caça ao planeta. A NASA pediu à comunidade de ciência espacial que propusesse planos de missão alternativos "potencialmente incluindo uma busca de exoplanetas, usando as duas rodas de reação e propulsores restantes". Em 18 de novembro de 2013, a proposta K2 "Second Light" foi relatada. Isso incluiria a utilização do Kepler desativado de uma forma que pudesse detectar planetas habitáveis ​​em torno de anãs vermelhas menores e mais fracas . Em 16 de maio de 2014, a NASA anunciou a aprovação da extensão K2.

Em janeiro de 2015, o Kepler e suas observações de acompanhamento encontraram 1.013 exoplanetas confirmados em cerca de 440 sistemas estelares , juntamente com outros 3.199 candidatos a planetas não confirmados. Quatro planetas foram confirmados através da missão K2 do Kepler. Em novembro de 2013, os astrônomos estimaram, com base nos dados da missão espacial Kepler, que poderia haver até 40 bilhões de exoplanetas rochosos do tamanho da Terra orbitando nas zonas habitáveis ​​de estrelas parecidas com o Sol e anãs vermelhas dentro da Via Láctea . Estima-se que 11 bilhões desses planetas possam estar orbitando estrelas semelhantes ao Sol. O planeta mais próximo pode estar a 3,7 parsecs (12  anos ) de distância, de acordo com os cientistas.

Em 6 de janeiro de 2015, a NASA anunciou o milésimo exoplaneta confirmado descoberto pelo telescópio espacial Kepler. Quatro dos exoplanetas recém-confirmados orbitam dentro de zonas habitáveis ​​de suas estrelas relacionadas : três dos quatro, Kepler-438b , Kepler-442b e Kepler-452b , são quase do tamanho da Terra e provavelmente rochosos; o quarto, Kepler-440b , é uma super-Terra . Em 10 de maio de 2016, a NASA verificou 1.284 novos exoplanetas encontrados pelo Kepler, a maior descoberta de planetas até hoje.

Os dados do Kepler também ajudaram os cientistas a observar e compreender as supernovas ; as medições eram coletadas a cada meia hora, de modo que as curvas de luz eram especialmente úteis para estudar esses tipos de eventos astronômicos.

Em 30 de outubro de 2018, depois que a espaçonave ficou sem combustível, a NASA anunciou que o telescópio seria aposentado. O telescópio foi desligado no mesmo dia, encerrando seu serviço de nove anos. Kepler observou 530.506 estrelas e descobriu 2.662 exoplanetas ao longo de sua vida. Uma missão mais recente da NASA, TESS , lançada em 2018, continua a busca por exoplanetas.

Projeto de nave espacial

Kepler na instalação de processamento perigoso da Astrotech
Modelo 3D interativo do Kepler
Modelo 3D interativo do Kepler

O telescópio tem uma massa de 1.039 kg (2.291 lb) e contém uma câmera Schmidt com uma placa corretora frontal (lente) de 0,95 metros (37,4 pol.) Alimentando um espelho primário de 1,4 metros (55 pol.) este foi o maior espelho em qualquer telescópio fora da órbita da Terra, embora o Observatório Espacial Herschel tenha assumido esse título alguns meses depois. Seu telescópio tem um campo de visão (FoV) de 115 graus 2 (cerca de 12 graus de diâmetro ), aproximadamente equivalente ao tamanho de um punho mantido no comprimento do braço. Desse total, 105 graus 2 é de qualidade científica, com menos de 11% de vinhetas . O fotômetro tem um foco suave para fornecer excelente fotometria , em vez de imagens nítidas. O objetivo da missão era uma precisão fotométrica diferencial combinada (CDPP) de 20 ppm para uma estrela m (V) = 12 semelhante ao Sol para uma integração de 6,5 horas, embora as observações tenham ficado aquém desse objetivo (consulte o status da missão ).

Câmera

Matriz de sensores de imagem do Kepler. A matriz é curva para levar em conta a curvatura do campo de Petzval .

O plano focal da câmera da espaçonave é feito de quarenta e dois CCDs de 50 × 25 mm (2 × 1 pol) a 2200 × 1024 pixels cada, possuindo uma resolução total de 94,6 megapixels , o que na época o tornava o maior sistema de câmera lançado ao espaço. A matriz foi resfriada por tubos de calor conectados a um radiador externo. Os CCDs foram lidos a cada 6,5 ​​segundos (para limitar a saturação) e co-adicionados a bordo por 58,89 segundos para alvos de cadência curta e 1765,5 segundos (29,4 minutos) para alvos de cadência longa. Devido aos maiores requisitos de largura de banda para o primeiro, eles foram limitados em número a 512 em comparação com 170.000 para cadência longa. No entanto, embora no lançamento o Kepler tivesse a maior taxa de dados de qualquer missão da NASA, as somas de 29 minutos de todos os 95 milhões de pixels constituíam mais dados do que poderiam ser armazenados e enviados de volta à Terra. Portanto, a equipe científica pré-selecionou os pixels relevantes associados a cada estrela de interesse, totalizando cerca de 6% dos pixels (5,4 megapixels). Os dados desses pixels foram então requantizados, compactados e armazenados, junto com outros dados auxiliares, no gravador de estado sólido de 16 gigabytes integrado. Os dados que foram armazenados e baixados incluem estrelas científicas, estrelas em modo p , manchas, nível de preto, plano de fundo e imagens de campo de visão completo.

espelho primário

Comparação de tamanhos de espelhos primários para o telescópio Kepler e outros notáveis ​​telescópios ópticos.

O espelho primário Kepler tem 1,4 metros (4,6 pés) de diâmetro. Fabricado pela fabricante de vidro Corning usando vidro de expansão ultra baixa (ULE) , o espelho é projetado especificamente para ter uma massa de apenas 14% de um espelho sólido do mesmo tamanho. Para produzir um sistema de telescópio espacial com sensibilidade suficiente para detectar planetas relativamente pequenos, conforme eles passam na frente das estrelas, foi necessário um revestimento de refletância muito alta no espelho primário. Usando a evaporação assistida por íons , a Surface Optics Corp. aplicou um revestimento protetor de prata de nove camadas para aumentar a reflexão e um revestimento de interferência dielétrica para minimizar a formação de centros de cor e absorção de umidade atmosférica.

Desempenho fotométrico

Em termos de desempenho fotométrico, o Kepler funcionou bem, muito melhor do que qualquer telescópio terrestre, mas aquém dos objetivos do projeto. O objetivo era uma precisão fotométrica diferencial combinada (CDPP) de 20 partes por milhão (PPM) em uma estrela de magnitude 12 para uma integração de 6,5 horas. Esta estimativa foi desenvolvida permitindo 10 ppm para a variabilidade estelar, aproximadamente o valor do Sol. A precisão obtida para esta observação tem um amplo alcance, dependendo da estrela e da posição no plano focal, com mediana de 29 ppm. A maior parte do ruído adicional parece ser devido a uma variabilidade maior do que o esperado nas próprias estrelas (19,5 ppm em oposição aos 10,0 ppm assumidos), com o restante devido a fontes de ruído instrumental ligeiramente maiores do que o previsto.

Como a diminuição do brilho de um planeta do tamanho da Terra transitando por uma estrela semelhante ao Sol é tão pequena, apenas 80 ppm, o aumento do ruído significa que cada trânsito individual é apenas um evento de 2,7 σ, em vez dos 4 σ pretendidos. Isso, por sua vez, significa que mais trânsitos devem ser observados para garantir a detecção. Estimativas científicas indicaram que uma missão com duração de 7 a 8 anos, em oposição aos 3,5 anos originalmente planejados, seria necessária para encontrar todos os planetas em trânsito do tamanho da Terra. Em 4 de abril de 2012, a missão Kepler foi aprovada para extensão até o ano fiscal de 2016, mas isso também dependia de todas as rodas de reação restantes permanecerem saudáveis, o que acabou não sendo o caso (consulte Problemas da roda de reação abaixo).

Órbita e orientação

Volume de pesquisa de Kepler, no contexto da Via Láctea
O movimento de Kepler em relação à Terra, lentamente se afastando da Terra em uma órbita semelhante, parecendo uma espiral ao longo do tempo

Kepler orbita o Sol , o que evita ocultações da Terra , luz difusa e perturbações gravitacionais e torques inerentes à órbita da Terra.

A NASA caracterizou a órbita de Kepler como "arrastando a Terra". Com um período orbital de 372,5 dias, o Kepler está lentamente caindo para trás da Terra (cerca de 16 milhões de milhas por ano ). Em 1º de maio de 2018, a distância entre Kepler e a Terra era de cerca de 0,917 UA (137 milhões de km). Isso significa que, após cerca de 26 anos, o Kepler alcançará o outro lado do Sol e retornará à vizinhança da Terra após 51 anos.

Até 2013, o fotômetro apontava para um campo nas constelações do norte de Cygnus , Lyra e Draco , que está bem fora do plano da eclíptica , de modo que a luz do sol nunca entra no fotômetro enquanto a espaçonave orbita. Esta é também a direção do movimento do Sistema Solar em torno do centro da galáxia. Assim, as estrelas que Kepler observou estão aproximadamente à mesma distância do centro galáctico do Sistema Solar e também próximas do plano galáctico . Esse fato é importante se a posição na galáxia estiver relacionada à habitabilidade, conforme sugerido pela hipótese da Terra Rara .

A orientação é estabilizada em três eixos pela detecção de rotações usando sensores de orientação fina localizados no plano focal do instrumento (em vez de giroscópios de detecção de taxa, por exemplo, como os usados ​​no Hubble ). e usando rodas de reação e propulsores de hidrazina para controlar a orientação.

Animação da trajetória do Kepler
Relativo ao Sol
Relativo à Terra
Relativo ao Sol e à Terra
  Kepler  ·   Terra  ·   Sol

Operações

órbita de Kepler. A matriz solar do telescópio foi ajustada nos solstícios e equinócios .

O Kepler foi operado em Boulder, Colorado , pelo Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) sob contrato com a Ball Aerospace & Technologies . A matriz solar da espaçonave foi girada para enfrentar o Sol nos solstícios e equinócios , de modo a otimizar a quantidade de luz solar que incide sobre a matriz solar e manter o radiador de calor apontando para o espaço profundo. Juntos, o LASP e a Ball Aerospace controlam a espaçonave a partir de um centro de operações de missão localizado no campus de pesquisa da Universidade do Colorado . O LASP realiza o planejamento essencial da missão e a coleta e distribuição inicial dos dados científicos. O custo inicial do ciclo de vida da missão foi estimado em US$ 600 milhões, incluindo financiamento para 3,5 anos de operação. Em 2012, a NASA anunciou que a missão Kepler seria financiada até 2016 a um custo de cerca de US$ 20 milhões por ano.

Comunicações

A NASA contatou a espaçonave usando o link de comunicação da banda X duas vezes por semana para atualizações de comando e status. Os dados científicos são baixados uma vez por mês usando o link de banda K a uma taxa máxima de transferência de dados de aproximadamente 550  kB/s . A antena de alto ganho não é orientável, então a coleta de dados é interrompida por um dia para reorientar toda a espaçonave e a antena de alto ganho para comunicações com a Terra.

O telescópio espacial Kepler realizou sua própria análise parcial a bordo e apenas transmitiu dados científicos considerados necessários para a missão a fim de conservar a largura de banda.

Gestão de dados

A telemetria de dados científicos coletados durante as operações da missão no LASP é enviada para processamento no Kepler Data Management Center (DMC), localizado no Space Telescope Science Institute no campus da Universidade Johns Hopkins em Baltimore, Maryland . A telemetria de dados científicos é decodificada e processada em produtos de dados científicos no formato FITS não calibrados pelo DMC, que são então repassados ​​ao Science Operations Center (SOC) no NASA Ames Research Center, para calibração e processamento final. O SOC no NASA Ames Research Center (ARC) desenvolve e opera as ferramentas necessárias para processar dados científicos para uso pelo Kepler Science Office (SO). Assim, o SOC desenvolve o software de processamento de dados de pipeline com base em algoritmos científicos desenvolvidos em conjunto pelo SO e pelo SOC. Durante as operações, o SOC:

  1. Recebe dados de pixel não calibrados do DMC
  2. Aplica os algoritmos de análise para produzir pixels calibrados e curvas de luz para cada estrela
  3. Realiza pesquisas de trânsito para detecção de planetas (eventos de passagem de limiar, ou TCEs)
  4. Executa validação de dados de planetas candidatos avaliando vários produtos de dados para consistência como uma forma de eliminar detecções de falsos positivos

O SOC também avalia o desempenho fotométrico continuamente e fornece as métricas de desempenho ao SO e ao Escritório de Gerenciamento de Missão. Finalmente, o SOC desenvolve e mantém as bases de dados científicas do projeto, incluindo catálogos e dados processados. O SOC finalmente retorna produtos de dados calibrados e resultados científicos de volta ao DMC para arquivamento de longo prazo e distribuição para astrônomos em todo o mundo através do Multimission Archive no STScI (MAST).

Falhas da roda de reação

Em 14 de julho de 2012, uma das quatro rodas de reação usadas para o apontamento preciso da espaçonave falhou. Enquanto o Kepler requer apenas três rodas de reação para apontar com precisão o telescópio, outra falha deixaria a espaçonave incapaz de mirar em seu campo original.

Depois de mostrar alguns problemas em janeiro de 2013, uma segunda roda de reação falhou em 11 de maio de 2013, encerrando a missão principal do Kepler. A espaçonave foi colocada em modo de segurança e, de junho a agosto de 2013, uma série de testes de engenharia foi realizada para tentar recuperar qualquer uma das rodas com defeito. Em 15 de agosto de 2013, foi decidido que as rodas eram irrecuperáveis ​​e um relatório de engenharia foi solicitado para avaliar as capacidades restantes da espaçonave.

Esse esforço acabou levando à missão de acompanhamento "K2" observando diferentes campos próximos à eclíptica.

Linha do tempo operacional

Lançamento do Kepler em 7 de março de 2009
Ilustração interior de Kepler
Uma ilustração de 2004 de Kepler

Em janeiro de 2006, o lançamento do projeto foi adiado oito meses por causa de cortes orçamentários e consolidação da NASA. Foi adiado novamente por quatro meses em março de 2006 devido a problemas fiscais. Nessa época, a antena de alto ganho foi alterada de um projeto gimballed para um fixo à estrutura da espaçonave para reduzir o custo e a complexidade, ao custo de um dia de observação por mês.

O observatório Kepler foi lançado em 7 de março de 2009, às 03:49:57 UTC, a bordo de um foguete Delta II da Estação da Força Aérea de Cabo Canaveral , Flórida. O lançamento foi um sucesso e todas as três etapas foram concluídas às 04:55 UTC. A tampa do telescópio foi descartada em 7 de abril de 2009, e as primeiras imagens de luz foram feitas no dia seguinte.

Em 20 de abril de 2009, foi anunciado que a equipe científica do Kepler havia concluído que um maior refinamento do foco aumentaria dramaticamente o retorno científico. Em 23 de abril de 2009, foi anunciado que o foco havia sido otimizado com sucesso movendo o espelho primário 40  micrômetros (1,6 milésimos de polegada) em direção ao plano focal e inclinando o espelho primário 0,0072 graus.

Em 13 de maio de 2009, às 00:01 UTC, o Kepler completou com sucesso sua fase de comissionamento e iniciou sua busca por planetas ao redor de outras estrelas.

Em 19 de junho de 2009, a espaçonave enviou com sucesso seus primeiros dados científicos para a Terra. Foi descoberto que o Kepler havia entrado no modo de segurança em 15 de junho. Um segundo evento de modo de segurança ocorreu em 2 de julho. Em ambos os casos, o evento foi acionado por uma reinicialização do processador . A espaçonave retomou a operação normal em 3 de julho e os dados científicos coletados desde 19 de junho foram baixados naquele dia. Em 14 de outubro de 2009, a causa desses eventos de segurança foi determinada como uma fonte de alimentação de baixa tensão que fornece energia ao processador RAD750 . Em 12 de janeiro de 2010, uma parte do plano focal transmitiu dados anômalos, sugerindo um problema com o módulo MOD-3 do plano focal, cobrindo dois dos 42 CCDs do Kepler . Em outubro de 2010, o módulo foi descrito como "fracassado", mas a cobertura ainda superou as metas científicas.

Kepler downlinked cerca de doze gigabytes de dados cerca de uma vez por mês, um exemplo de tal downlink foi em novembro 22-23, 2010.

Campo de visão

Diagrama da área investigada de Kepler com coordenadas celestes

Kepler tem um campo de visão fixo (FOV) contra o céu. O diagrama à direita mostra as coordenadas celestes e onde os campos detectores estão localizados, juntamente com as localizações de algumas estrelas brilhantes com o norte celeste no canto superior esquerdo. O site da missão tem uma calculadora que determinará se um determinado objeto cai no FOV e, em caso afirmativo, onde ele aparecerá no fluxo de dados de saída do fotodetector. Dados sobre candidatos a exoplanetas são enviados ao Programa de Acompanhamento do Kepler , ou KFOP, para realizar observações de acompanhamento.

O campo de visão do fotômetro nas constelações Cygnus , Lyra e Draco

O campo de visão do Kepler cobre 115 graus quadrados , cerca de 0,25 por cento do céu, ou "cerca de duas conchas da Ursa Maior". Assim, seriam necessários cerca de 400 telescópios do tipo Kepler para cobrir todo o céu. O campo Kepler contém porções das constelações Cygnus , Lyra e Draco .

O sistema estelar mais próximo no campo de visão do Kepler é o sistema estelar trinário Gliese 1245 , a 15 anos-luz do Sol. A anã marrom WISE J2000+3629, 22,8 ± 1 anos-luz do Sol também está no campo de visão, mas é invisível para o Kepler devido à emissão de luz principalmente em comprimentos de onda infravermelhos.

Objetivos e métodos

O objetivo científico do telescópio espacial Kepler era explorar a estrutura e a diversidade dos sistemas planetários . Esta espaçonave observa uma grande amostra de estrelas para atingir vários objetivos principais:

  • Determinar quantos planetas do tamanho da Terra e maiores existem dentro ou perto da zona habitável (muitas vezes chamados de "planetas Cachinhos Dourados") de uma ampla variedade de tipos espectrais de estrelas.
  • Para determinar a faixa de tamanho e forma das órbitas desses planetas.
  • Para estimar quantos planetas existem em sistemas estelares múltiplos.
  • Determinar a faixa de tamanho da órbita, brilho, tamanho, massa e densidade de planetas gigantes de curto período.
  • Identificar membros adicionais de cada sistema planetário descoberto usando outras técnicas.
  • Determine as propriedades dessas estrelas que abrigam sistemas planetários.

A maioria dos exoplanetas detectados anteriormente por outros projetos eram planetas gigantes , principalmente do tamanho de Júpiter e maiores. O Kepler foi projetado para procurar planetas 30 a 600 vezes menos massivos, mais próximos da ordem da massa da Terra (Júpiter é 318 vezes mais massivo que a Terra). O método utilizado, o método do trânsito , envolve a observação de trânsitos repetidos de planetas em frente de suas estrelas, o que causa uma leve redução na magnitude aparente da estrela , da ordem de 0,01% para um planeta do tamanho da Terra. O grau dessa redução de brilho pode ser usado para deduzir o diâmetro do planeta, e o intervalo entre os trânsitos pode ser usado para deduzir o período orbital do planeta, a partir do qual estimativas de seu semi-eixo orbital maior (usando as leis de Kepler ) e sua temperatura (usando modelos de radiação estelar) pode ser calculada.

A probabilidade de uma órbita planetária aleatória estar ao longo da linha de visão de uma estrela é o diâmetro da estrela dividido pelo diâmetro da órbita. Para um planeta do tamanho da Terra a 1  UA transitando por uma estrela parecida com o Sol, a probabilidade é de 0,47%, ou cerca de 1 em 210. Para um planeta como Vênus orbitando uma estrela parecida com o Sol, a probabilidade é ligeiramente maior, de 0,65%; Se a estrela hospedeira tiver vários planetas, a probabilidade de detecções adicionais é maior do que a probabilidade de detecção inicial, assumindo que os planetas em um determinado sistema tendem a orbitar em planos semelhantes - uma suposição consistente com os modelos atuais de formação de sistemas planetários. Por exemplo, se uma missão do tipo Kepler conduzida por alienígenas observar a Terra transitando pelo Sol, há 7% de chance de que também veja Vênus transitando.

O campo de visão de 115 graus 2 do Kepler oferece uma probabilidade muito maior de detectar planetas do tamanho da Terra do que o Telescópio Espacial Hubble , que tem um campo de visão de apenas 10 minutos de arco quadrados . Além disso, o Kepler se dedica à detecção de trânsitos planetários, enquanto o Telescópio Espacial Hubble é usado para abordar uma ampla gama de questões científicas e raramente olha continuamente para apenas um campo estelar. Das aproximadamente meio milhão de estrelas no campo de visão do Kepler, cerca de 150.000 estrelas foram selecionadas para observação. Mais de 90.000 são estrelas do tipo G na sequência principal ou próximas a ela . Assim, o Kepler foi projetado para ser sensível a comprimentos de onda de 400 a 865 nm, onde o brilho dessas estrelas atinge o pico. A maioria das estrelas observadas pelo Kepler tem magnitude visual aparente entre 14 e 16, mas as estrelas mais brilhantes observadas têm magnitude visual aparente de 8 ou menos. Inicialmente, não se esperava que a maioria dos candidatos a planetas fossem confirmados devido a serem muito fracos para observações de acompanhamento. Todas as estrelas selecionadas são observadas simultaneamente, com a espaçonave medindo variações em seu brilho a cada trinta minutos. Isso oferece uma chance melhor de ver um trânsito. A missão foi projetada para maximizar a probabilidade de detectar planetas orbitando outras estrelas.

Como o Kepler deve observar pelo menos três trânsitos para confirmar que o escurecimento de uma estrela foi causado por um planeta em trânsito, e porque os planetas maiores fornecem um sinal mais fácil de verificar, os cientistas esperavam que os primeiros resultados relatados fossem planetas maiores do tamanho de Júpiter em órbitas estreitas. O primeiro deles foi relatado após apenas alguns meses de operação. Planetas menores e planetas mais distantes de seu sol levariam mais tempo, e esperava-se que a descoberta de planetas comparáveis ​​à Terra levasse três anos ou mais.

Os dados coletados pelo Kepler também estão sendo usados ​​para estudar estrelas variáveis ​​de vários tipos e realizar asterossismologia , particularmente em estrelas que mostram oscilações semelhantes às solares .

Processo de descoberta de planetas

Encontrando candidatos a planeta

Impressão artística de Kepler

Depois que o Kepler coleta e envia de volta os dados, as curvas de luz bruta são construídas. Os valores de brilho são então ajustados para levar em consideração as variações de brilho devido à rotação da espaçonave. A próxima etapa é processar (dobrar) as curvas de luz em uma forma mais facilmente observável e permitir que o software selecione sinais que pareçam potencialmente semelhantes ao trânsito. Neste ponto, qualquer sinal que mostre potenciais características de trânsito é chamado de evento de cruzamento de limiar. Esses sinais são inspecionados individualmente em duas rodadas de inspeção, com a primeira rodada levando apenas alguns segundos por alvo. Essa inspeção elimina não-sinais selecionados erroneamente, sinais causados ​​por ruído instrumental e binários de eclipsamento óbvios.

Os eventos de cruzamento de limite que passam nesses testes são chamados de Kepler Objects of Interest (KOI), recebem uma designação de KOI e são arquivados. Os KOIs são inspecionados mais detalhadamente em um processo chamado disposição. Aqueles que passam na disposição são chamados de candidatos a planeta Kepler. O arquivo KOI não é estático, o que significa que um candidato do Kepler pode acabar na lista de falsos positivos após uma inspeção mais aprofundada. Por sua vez, os KOIs que foram erroneamente classificados como falsos positivos podem voltar à lista de candidatos.

Nem todos os candidatos a planeta passam por esse processo. Os planetas circuncumbinários não apresentam trânsitos estritamente periódicos e devem ser inspecionados por outros métodos. Além disso, pesquisadores terceirizados usam diferentes métodos de processamento de dados ou até mesmo pesquisam candidatos a planetas a partir dos dados não processados ​​da curva de luz. Como consequência, esses planetas podem não ter a designação KOI.

Confirmando candidatos a planetas

Missão Kepler – novos candidatos a exoplanetas – a partir de 19 de junho de 2017.

Uma vez que candidatos adequados tenham sido encontrados a partir dos dados do Kepler, é necessário descartar falsos positivos com testes de acompanhamento.

Normalmente, os candidatos do Kepler são fotografados individualmente com telescópios terrestres mais avançados, a fim de resolver quaisquer objetos de fundo que possam contaminar a assinatura de brilho do sinal de trânsito. Outro método para descartar candidatos a planetas é a astrometria , para a qual o Kepler pode coletar bons dados, embora isso não seja um objetivo do projeto. Embora o Kepler não consiga detectar objetos de massa planetária com este método, ele pode ser usado para determinar se o trânsito foi causado por um objeto de massa estelar.

Através de outros métodos de detecção

Existem alguns métodos diferentes de detecção de exoplanetas que ajudam a descartar falsos positivos, fornecendo mais provas de que um candidato é um planeta real. Um dos métodos, chamado espectroscopia Doppler , requer observações de acompanhamento de telescópios terrestres. Este método funciona bem se o planeta for massivo ou estiver localizado em torno de uma estrela relativamente brilhante. Embora os espectrógrafos atuais sejam insuficientes para confirmar candidatos planetários com pequenas massas em torno de estrelas relativamente fracas, esse método pode ser usado para descobrir outros candidatos a planetas massivos sem trânsito em torno de estrelas-alvo.

Uma foto tirada por Kepler com dois pontos de interesse delineados. O norte celeste fica no canto inferior esquerdo.

Em sistemas multiplanetários, os planetas geralmente podem ser confirmados por meio da variação do tempo de trânsito , observando o tempo entre trânsitos sucessivos, que pode variar se os planetas forem perturbados gravitacionalmente um pelo outro. Isso ajuda a confirmar planetas de massa relativamente baixa, mesmo quando a estrela está relativamente distante. As variações de tempo de trânsito indicam que dois ou mais planetas pertencem ao mesmo sistema planetário. Existem até casos em que um planeta sem trânsito também é descoberto dessa maneira.

Planetas circulares mostram variações de tempo de trânsito muito maiores entre os trânsitos do que planetas perturbados gravitacionalmente por outros planetas. Seus tempos de duração de trânsito também variam significativamente. As variações de tempo e duração do trânsito para planetas circumbinários são causadas pelo movimento orbital das estrelas hospedeiras, e não por outros planetas. Além disso, se o planeta for massivo o suficiente, pode causar pequenas variações nos períodos orbitais das estrelas hospedeiras. Apesar de ser mais difícil encontrar planetas circumbinários devido aos seus trânsitos não periódicos, é muito mais fácil confirmá-los, pois os padrões de tempo dos trânsitos não podem ser imitados por um binário eclipsante ou um sistema estelar de fundo.

Além dos trânsitos, os planetas que orbitam em torno de suas estrelas sofrem variações de luz refletida - como a Lua , eles passam por fases de cheio a novo e vice-versa. Como o Kepler não pode separar o planeta da estrela, ele vê apenas a luz combinada, e o brilho da estrela hospedeira parece mudar em cada órbita de maneira periódica. Embora o efeito seja pequeno - a precisão fotométrica necessária para ver um planeta gigante próximo é quase a mesma que detectar um planeta do tamanho da Terra em trânsito através de uma estrela do tipo solar - planetas do tamanho de Júpiter com um período orbital de alguns dias ou menos são detectáveis ​​por telescópios espaciais sensíveis, como o Kepler. A longo prazo, esse método pode ajudar a encontrar mais planetas do que o método de trânsito, porque a variação da luz refletida com a fase orbital é amplamente independente da inclinação orbital do planeta e não exige que o planeta passe na frente do disco da estrela . Além disso, a função de fase de um planeta gigante também é função de suas propriedades térmicas e atmosfera, se houver. Portanto, a curva de fase pode restringir outras propriedades planetárias, como a distribuição de tamanho de partícula das partículas atmosféricas.

A precisão fotométrica do Kepler costuma ser alta o suficiente para observar as mudanças de brilho de uma estrela causadas por irradiação doppler ou a deformação da forma de uma estrela por uma companheira. Às vezes, eles podem ser usados ​​para descartar candidatos a Júpiter quente como falsos positivos causados ​​por uma estrela ou uma anã marrom quando esses efeitos são muito perceptíveis. No entanto, existem alguns casos em que tais efeitos são detectados até mesmo por companheiros de massa planetária, como TrES-2b .

Através da validação

Se um planeta não puder ser detectado por pelo menos um dos outros métodos de detecção, ele pode ser confirmado determinando se a possibilidade de um candidato do Kepler ser um planeta real é significativamente maior do que qualquer cenário falso-positivo combinado. Um dos primeiros métodos foi ver se outros telescópios também podiam ver o trânsito. O primeiro planeta confirmado por esse método foi Kepler-22b , que também foi observado com um telescópio espacial Spitzer, além de analisar quaisquer outras possibilidades de falso positivo. Essa confirmação é cara, pois pequenos planetas geralmente podem ser detectados apenas com telescópios espaciais.

Em 2014, um novo método de confirmação chamado "validação por multiplicidade" foi anunciado. Dos planetas previamente confirmados através de vários métodos, descobriu-se que os planetas na maioria dos sistemas planetários orbitam em um plano relativamente plano, semelhante aos planetas encontrados no Sistema Solar. Isso significa que, se uma estrela tiver vários candidatos a planeta, é muito provável que seja um sistema planetário real. Os sinais de trânsito ainda precisam atender a vários critérios que excluem cenários de falsos positivos. Por exemplo, ele deve ter uma relação sinal-ruído considerável, pelo menos três trânsitos observados, a estabilidade orbital desses sistemas deve ser estável e a curva de trânsito deve ter uma forma que os binários parcialmente eclipsados ​​não possam imitar o sinal de trânsito . Além disso, seu período orbital precisa ser de 1,6 dias ou mais para descartar falsos positivos comuns causados ​​por binários eclipsantes. A validação pelo método da multiplicidade é muito eficiente e permite confirmar centenas de candidatos Kepler em um tempo relativamente curto.

Foi desenvolvido um novo método de validação usando uma ferramenta chamada PASTIS. Isso torna possível confirmar um planeta mesmo quando apenas um único evento de trânsito candidato para a estrela hospedeira foi detectado. Uma desvantagem dessa ferramenta é que ela requer uma relação sinal-ruído relativamente alta dos dados do Kepler , de modo que pode confirmar principalmente apenas planetas maiores ou planetas em torno de estrelas calmas e relativamente brilhantes. Atualmente, a análise de candidatos Kepler por esse método está em andamento. O PASTIS foi o primeiro a validar com sucesso o planeta Kepler-420b.

Resultados da missão

Detalhe da imagem do Kepler da área investigada mostrando o aglomerado estelar aberto NGC 6791 . O norte celeste fica no canto inferior esquerdo.
Detalhe da imagem de Kepler da área investigada. A localização do TrES-2b nesta imagem é mostrada. O norte celeste fica no canto inferior esquerdo.

O telescópio espacial Kepler esteve em operação ativa de 2009 a 2013, com os primeiros resultados principais anunciados em 4 de janeiro de 2010. Como esperado, as descobertas iniciais foram todas de planetas de curto período. À medida que a missão prosseguia, foram encontrados candidatos adicionais de período mais longo. Em novembro de 2018, o Kepler descobriu 5.011 candidatos a exoplanetas e 2.662 exoplanetas confirmados. Em agosto de 2022, 2.056 candidatos a exoplanetas ainda precisam ser confirmados e 2.711 agora são exoplanetas confirmados.

2009

A NASA realizou uma conferência de imprensa para discutir os primeiros resultados científicos da missão Kepler em 6 de agosto de 2009. Nesta conferência de imprensa, foi revelado que Kepler havia confirmado a existência do exoplaneta em trânsito conhecido anteriormente HAT-P-7b e estava funcionando bem. suficiente para descobrir planetas do tamanho da Terra.

Como a detecção de planetas do Kepler depende de ver mudanças muito pequenas no brilho, as estrelas que variam em brilho por si mesmas ( estrelas variáveis ) não são úteis nesta pesquisa. Desde os primeiros meses de dados, os cientistas do Kepler determinaram que cerca de 7.500 estrelas da lista inicial de alvos são estrelas variáveis. Estes foram retirados da lista de alvos e substituídos por novos candidatos. Em 4 de novembro de 2009, o projeto Kepler divulgou publicamente as curvas de luz das estrelas caídas. O primeiro novo candidato a planeta observado pelo Kepler foi originalmente marcado como um falso positivo devido a incertezas na massa de sua estrela-mãe. No entanto, foi confirmado dez anos depois e agora é designado Kepler-1658b .

As primeiras seis semanas de dados revelaram cinco planetas anteriormente desconhecidos, todos muito próximos de suas estrelas. Entre os resultados notáveis ​​estão um dos planetas menos densos já encontrados, duas anãs brancas de baixa massa que foram inicialmente relatadas como membros de uma nova classe de objetos estelares, e Kepler-16b , um planeta bem caracterizado que orbita uma estrela binária.

2010

Em 15 de junho de 2010, a missão Kepler divulgou ao público dados sobre quase 400 das aproximadamente 156.000 estrelas-alvo planetárias. 706 alvos deste primeiro conjunto de dados têm candidatos a exoplanetas viáveis, com tamanhos que variam de tão pequenos quanto a Terra a maiores que Júpiter. A identidade e características de 306 dos 706 alvos foram dadas. Os alvos divulgados incluíam cinco candidatos a sistemas multiplanetários, incluindo seis candidatos a exoplanetas extras. Apenas 33,5 dias de dados estavam disponíveis para a maioria dos candidatos. A NASA também anunciou que os dados de outros 400 candidatos estavam sendo retidos para permitir que os membros da equipe do Kepler realizassem observações de acompanhamento. Os dados desses candidatos foram publicados em 2 de fevereiro de 2011. (Veja os resultados do Kepler para 2011 abaixo.)

Os resultados do Kepler, baseados nos candidatos da lista divulgada em 2010, implicam que a maioria dos planetas candidatos tem raios menores que a metade do raio de Júpiter. Os resultados também implicam que pequenos planetas candidatos com períodos inferiores a trinta dias são muito mais comuns do que grandes planetas candidatos com períodos inferiores a trinta dias e que as descobertas terrestres estão amostrando a cauda de tamanho grande da distribuição de tamanho. Isso contradiz teorias mais antigas que sugeriam que planetas pequenos e do tamanho da Terra seriam relativamente raros. Com base nas extrapolações dos dados do Kepler , uma estimativa de cerca de 100 milhões de planetas habitáveis ​​na Via Láctea pode ser realista. Alguns relatos da mídia sobre a palestra do TED levaram ao mal-entendido de que Kepler realmente encontrou esses planetas. Isso foi esclarecido em uma carta ao Diretor do Centro de Pesquisa Ames da NASA, para o Kepler Science Council datado de 2 de agosto de 2010 afirma: "A análise dos dados atuais do Kepler não suporta a afirmação de que o Kepler encontrou planetas semelhantes à Terra. "

Em 2010, o Kepler identificou dois sistemas contendo objetos menores e mais quentes que suas estrelas-mãe: KOI 74 e KOI 81 . Esses objetos são provavelmente anãs brancas de baixa massa produzidas por episódios anteriores de transferência de massa em seus sistemas.

2011

Uma comparação de tamanho dos exoplanetas Kepler-20e e Kepler-20f com Vênus e Terra

Em 2 de fevereiro de 2011, a equipe do Kepler anunciou os resultados da análise dos dados coletados entre 2 de maio e 16 de setembro de 2009. Eles encontraram 1.235 candidatos planetários circulando 997 estrelas hospedeiras. (Os números a seguir assumem que os candidatos são realmente planetas, embora os jornais oficiais os chamem apenas de candidatos. Análises independentes indicaram que pelo menos 90% deles são planetas reais e não falsos positivos). 68 planetas eram aproximadamente do tamanho da Terra, 288 do tamanho da super-Terra , 662 do tamanho de Netuno, 165 do tamanho de Júpiter e 19 até o dobro do tamanho de Júpiter. Em contraste com trabalhos anteriores, cerca de 74% dos planetas são menores que Netuno, provavelmente como resultado de trabalhos anteriores que encontraram planetas grandes com mais facilidade do que os menores.

A liberação de 2 de fevereiro de 2011 de 1.235 candidatos a exoplanetas incluiu 54 que podem estar na " zona habitável ", incluindo cinco com menos de duas vezes o tamanho da Terra. Anteriormente, acreditava-se que apenas dois planetas estivessem na "zona habitável", então essas novas descobertas representam uma enorme expansão do número potencial de "planetas Goldilocks" (planetas com a temperatura certa para suportar água líquida). Todos os candidatos a zonas habitáveis ​​encontrados até agora orbitam estrelas significativamente menores e mais frias que o Sol (os candidatos habitáveis ​​em torno de estrelas semelhantes ao Sol levarão vários anos adicionais para acumular os três trânsitos necessários para a detecção). De todos os novos candidatos a planeta, 68 são 125% do tamanho da Terra ou menores, ou menores do que todos os exoplanetas descobertos anteriormente. "Tamanho da Terra" e "tamanho da super-Terra" é definido como "menor ou igual a 2 raios da Terra (Re)" [(ou, Rp ≤ 2,0 Re) – Tabela 5]. Seis desses candidatos a planeta [a saber: KOI 326,01 (Rp=0,85), KOI 701,03 (Rp=1,73), KOI 268,01 (Rp=1,75), KOI 1026,01 (Rp=1,77), KOI 854,01 (Rp=1,91), KOI 70,03 ( Rp=1,96) – Tabela 6] estão na “zona habitável”. Um estudo mais recente descobriu que um desses candidatos (KOI 326.01) é de fato muito maior e mais quente do que o relatado inicialmente.

A frequência de observações de planetas foi maior para exoplanetas de duas a três vezes o tamanho da Terra e depois diminuiu em proporção inversa à área do planeta. A melhor estimativa (em março de 2011), depois de contabilizar os vieses observacionais, foi: 5,4% das estrelas hospedam candidatos do tamanho da Terra, 6,8% hospedam candidatos do tamanho da super-Terra, 19,3% hospedam candidatos do tamanho de Netuno e 2,55% hospedam Candidatos do tamanho de Júpiter ou maiores. Sistemas multiplanetários são comuns; 17% das estrelas hospedeiras têm sistemas multicandidatos e 33,9% de todos os planetas estão em sistemas planetários múltiplos.

Em 5 de dezembro de 2011, a equipe do Kepler anunciou que havia descoberto 2.326 candidatos planetários, dos quais 207 são semelhantes em tamanho à Terra, 680 são super-terrestres, 1.181 são do tamanho de Netuno, 203 são do tamanho de Júpiter e 55 são maior que Júpiter. Em comparação com os números de fevereiro de 2011, o número de planetas do tamanho da Terra e do tamanho da super-Terra aumentou 200% e 140%, respectivamente. Além disso, 48 candidatos a planeta foram encontrados nas zonas habitáveis ​​das estrelas pesquisadas, marcando uma diminuição em relação ao número de fevereiro; isso se deveu aos critérios mais rigorosos em uso nos dados de dezembro.

Em 20 de dezembro de 2011, a equipe do Kepler anunciou a descoberta dos primeiros exoplanetas do tamanho da Terra , Kepler-20e e Kepler-20f , orbitando uma estrela parecida com o Sol , Kepler-20 .

Com base nas descobertas de Kepler, o astrônomo Seth Shostak estimou em 2011 que "dentro de mil anos-luz da Terra", existem "pelo menos 30.000" planetas habitáveis. Também com base nas descobertas, a equipe do Kepler estimou que existem "pelo menos 50 bilhões de planetas na Via Láctea", dos quais "pelo menos 500 milhões" estão na zona habitável . Em março de 2011, astrônomos do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da NASA relataram que cerca de "1,4 a 2,7 por cento" de todas as estrelas semelhantes ao Sol devem ter planetas do tamanho da Terra "dentro das zonas habitáveis ​​de suas estrelas". Isso significa que existem "dois bilhões" desses "análogos da Terra" apenas na Via Láctea. Os astrônomos do JPL também observaram que existem "50 bilhões de outras galáxias", potencialmente produzindo mais de um sextilhão de planetas "análogos à Terra" se todas as galáxias tiverem números semelhantes de planetas para a Via Láctea.

2012

Em janeiro de 2012, uma equipe internacional de astrônomos relatou que cada estrela na Via Láctea pode hospedar " em média... pelo menos 1,6 planetas ", sugerindo que mais de 160 bilhões de planetas estelares podem existir na Via Láctea. O Kepler também registrou supererupções estelares distantes , algumas das quais são 10.000 vezes mais poderosas que o evento Carrington de 1859 . As supererupções podem ser desencadeadas por planetas do tamanho de Júpiter em órbita próxima . A técnica Transit Timing Variation (TTV), que foi usada para descobrir Kepler-9d , ganhou popularidade por confirmar descobertas de exoplanetas. Um planeta em um sistema com quatro estrelas também foi confirmado, a primeira vez que tal sistema foi descoberto.

Em 2012, havia um total de 2.321 candidatos . Destes, 207 são semelhantes em tamanho à Terra, 680 são do tamanho da super-Terra, 1.181 são do tamanho de Netuno, 203 são do tamanho de Júpiter e 55 são maiores que Júpiter. Além disso, 48 candidatos a planetas foram encontrados nas zonas habitáveis ​​das estrelas pesquisadas. A equipe do Kepler estimou que 5,4% de todas as estrelas hospedam candidatos a planetas do tamanho da Terra e que 17% de todas as estrelas têm múltiplos planetas.

2013

Um gráfico mostrando as descobertas do Kepler, no contexto de todos os exoplanetas descobertos (até 2013), com algumas probabilidades de trânsito indicadas para exemplos de cenários.

De acordo com um estudo de astrônomos do Caltech publicado em janeiro de 2013, a Via Láctea contém pelo menos tantos planetas quanto estrelas, resultando em 100 a 400 bilhões de exoplanetas . O estudo, baseado em planetas que orbitam a estrela Kepler-32 , sugere que sistemas planetários podem ser comuns em torno de estrelas na Via Láctea. A descoberta de mais 461 candidatos foi anunciada em 7 de janeiro de 2013. Quanto mais tempo o Kepler observar, mais planetas com períodos longos poderá detectar.

Desde que o último catálogo do Kepler foi lançado em fevereiro de 2012, o número de candidatos descobertos nos dados do Kepler aumentou 20% e agora totaliza 2.740 planetas potenciais orbitando 2.036 estrelas.

Um candidato, anunciado recentemente em 7 de janeiro de 2013, era Kepler-69c (anteriormente, KOI-172.02 ), um exoplaneta do tamanho da Terra orbitando uma estrela semelhante ao Sol na zona habitável e possivelmente habitável.

Em abril de 2013, uma anã branca foi descoberta curvando a luz de sua companheira anã vermelha no sistema estelar KOI-256 .

Em abril de 2013, a NASA anunciou a descoberta de três novos exoplanetas do tamanho da Terra — Kepler-62e , Kepler-62f e Kepler-69c — nas zonas habitáveis ​​de suas respectivas estrelas hospedeiras, Kepler-62 e Kepler-69 . Os novos exoplanetas são considerados os principais candidatos a possuir água líquida e, portanto, um ambiente habitável. Uma análise mais recente mostrou que Kepler-69c é provavelmente mais análogo a Vênus e, portanto, improvável de ser habitável.

Em 15 de maio de 2013, a NASA anunciou que o telescópio espacial havia sido danificado por falha em uma roda de reação que o mantém apontado na direção certa. Uma segunda roda havia falhado anteriormente e o telescópio exigia três rodas (de um total de quatro) para estar operacional para que o instrumento funcionasse corretamente. Testes adicionais em julho e agosto determinaram que, embora o Kepler fosse capaz de usar suas rodas de reação danificadas para evitar entrar no modo de segurança e fazer downlink de dados científicos coletados anteriormente, ele não era capaz de coletar mais dados científicos conforme configurado anteriormente. Os cientistas que trabalham no projeto Kepler disseram que ainda há um acúmulo de dados a serem analisados ​​e que mais descobertas serão feitas nos próximos anos, apesar do revés.

Embora nenhum novo dado científico do campo de Kepler tenha sido coletado desde o problema, sessenta e três candidatos adicionais foram anunciados em julho de 2013 com base nas observações coletadas anteriormente.

Em novembro de 2013, foi realizada a segunda conferência científica Kepler. As descobertas incluíram o tamanho médio dos candidatos a planetas ficando menores em comparação com o início de 2013, resultados preliminares da descoberta de alguns planetas circumbinários e planetas na zona habitável.

2014

Histograma de descobertas de exoplanetas. A barra sombreada amarela mostra planetas recém-anunciados, incluindo aqueles verificados pela técnica de multiplicidade (26 de fevereiro de 2014).

Em 13 de fevereiro, mais de 530 candidatos a planetas adicionais foram anunciados residindo em sistemas planetários únicos. Vários deles eram quase do tamanho da Terra e localizados na zona habitável. Este número foi aumentado em cerca de 400 em junho de 2014.

Em 26 de fevereiro, os cientistas anunciaram que os dados do Kepler haviam confirmado a existência de 715 novos exoplanetas. Um novo método estatístico de confirmação foi usado chamado "verificação por multiplicidade", que se baseia em quantos planetas ao redor de várias estrelas foram encontrados como planetas reais. Isso permitiu uma confirmação muito mais rápida de numerosos candidatos que fazem parte de sistemas multiplanetários. 95% dos exoplanetas descobertos eram menores que Netuno e quatro, incluindo Kepler-296f, tinham menos de 2 1/2 do tamanho da Terra e estavam em zonas habitáveis ​​onde as temperaturas da superfície são adequadas para água líquida .

Em março, um estudo descobriu que pequenos planetas com períodos orbitais de menos de um dia geralmente são acompanhados por pelo menos um planeta adicional com período orbital de 1 a 50 dias. Este estudo também observou que os planetas de período ultracurto são quase sempre menores que 2 raios da Terra, a menos que seja um Júpiter quente desalinhado.

Em 17 de abril, a equipe do Kepler anunciou a descoberta de Kepler-186f , o primeiro planeta quase do tamanho da Terra localizado na zona habitável. Este planeta orbita em torno de uma anã vermelha.

Em maio de 2014, os campos de observação K2 0 a 13 foram anunciados e descritos em detalhes. As observações do K2 começaram em junho de 2014.

Em julho de 2014, as primeiras descobertas dos dados de campo K2 foram relatadas na forma de binários eclipsantes . As descobertas foram derivadas de um conjunto de dados de engenharia Kepler que foi coletado antes da campanha 0 em preparação para a missão K2 principal .

Em 23 de setembro de 2014, a NASA informou que a missão K2 havia concluído a campanha 1, o primeiro conjunto oficial de observações científicas, e que a campanha 2 estava em andamento.

Kepler observou KSN 2011b, uma supernova do Tipo Ia , em processo de explosão: antes, durante e depois.

A campanha 3 durou de 14 de novembro de 2014 a 6 de fevereiro de 2015 e incluiu "16.375 alvos de cadência longa padrão e 55 alvos de cadência curta padrão".

2015

  • Em janeiro de 2015, o número de planetas Kepler confirmados ultrapassou 1.000. Pelo menos dois ( Kepler-438b e Kepler-442b ) dos planetas descobertos anunciados naquele mês eram provavelmente rochosos e na zona habitável . Também em janeiro de 2015, a NASA informou que cinco exoplanetas rochosos de tamanho subterrestre confirmados , todos menores que o planeta Vênus , foram encontrados orbitando a estrela de 11,2 bilhões de anos Kepler-444 , tornando este sistema estelar, com 80% da idade de o universo , o mais antigo já descoberto.
  • Em abril de 2015, foi relatado que a campanha 4 durou entre 7 de fevereiro de 2015 e 24 de abril de 2015 e incluiu observações de quase 16.000 estrelas-alvo e dois notáveis ​​aglomerados estelares abertos, Plêiades e Hyades.
  • Em maio de 2015, o Kepler observou uma supernova recém-descoberta , KSN 2011b ( Tipo 1a ), antes, durante e depois da explosão. Detalhes dos momentos pré-nova podem ajudar os cientistas a entender melhor a energia escura .
  • Em 24 de julho de 2015, a NASA anunciou a descoberta de Kepler-452b , um exoplaneta confirmado que tem tamanho próximo ao da Terra e foi encontrado orbitando a zona habitável de uma estrela parecida com o Sol. O sétimo catálogo de candidatos a planetas do Kepler foi lançado, contendo 4.696 candidatos e um aumento de 521 candidatos desde o lançamento do catálogo anterior em janeiro de 2015.
  • Em 14 de setembro de 2015, os astrônomos relataram flutuações de luz incomuns de KIC 8462852 , uma estrela da sequência principal do tipo F na constelação de Cygnus , detectada pelo Kepler, enquanto procurava por exoplanetas . Várias hipóteses foram apresentadas, incluindo cometas , asteroides e uma civilização alienígena .

2016

Em 10 de maio de 2016, a missão Kepler havia verificado 1.284 novos planetas. Com base em seu tamanho, cerca de 550 podem ser planetas rochosos. Nove deles orbitam na zona habitável de suas estrelas :

Status da missão

O Kepler foi lançado em 2009. Foi muito bem-sucedido em encontrar exoplanetas, mas falhas em duas das quatro rodas de reação prejudicaram sua missão estendida em 2013. Sem três rodas funcionais, o telescópio não poderia ser apontado com precisão. Em 30 de outubro de 2018, a NASA anunciou que a espaçonave estava sem combustível e sua missão foi oficialmente encerrada.

Extensão

Estrutura prevista da Via Láctea sobreposta ao espaço de busca original do Kepler.

Em abril de 2012, um painel independente de cientistas seniores da NASA recomendou que a missão Kepler continuasse até 2016. De acordo com a revisão sênior, as observações do Kepler precisavam continuar até pelo menos 2015 para atingir todos os objetivos científicos declarados. Em 14 de novembro de 2012, a NASA anunciou a conclusão da missão principal do Kepler e o início de sua missão estendida, que terminou em 2018 quando ficou sem combustível.

Problemas com a roda de reação

Em julho de 2012, uma das quatro rodas de reação do Kepler (roda 2) falhou. Em 11 de maio de 2013, uma segunda roda (roda 4) falhou, comprometendo a continuação da missão, pois são necessárias três rodas para sua caça ao planeta. O Kepler não coletava dados científicos desde maio porque não era capaz de apontar com precisão suficiente. Nos dias 18 e 22 de julho foram testadas as rodas de reação 4 e 2, respectivamente; a roda 4 girava apenas no sentido anti-horário, mas a roda 2 girava em ambas as direções, embora com níveis de atrito significativamente elevados. Um novo teste da roda 4 em 25 de julho conseguiu atingir a rotação bidirecional. Ambas as rodas, no entanto, exibiam muito atrito para serem úteis. Em 2 de agosto, a NASA lançou uma chamada de propostas para usar as capacidades restantes do Kepler para outras missões científicas. A partir de 8 de agosto, foi realizada uma avaliação completa dos sistemas. Foi determinado que a roda 2 não poderia fornecer precisão suficiente para missões científicas e a espaçonave foi devolvida ao estado de "repouso" para economizar combustível. A roda 4 foi descartada anteriormente porque exibiu níveis de atrito mais altos do que a roda 2 em testes anteriores. Enviar astronautas para consertar o Kepler não é uma opção porque ele orbita o Sol e está a milhões de quilômetros da Terra.

Em 15 de agosto de 2013, a NASA anunciou que o Kepler não continuaria procurando planetas usando o método de trânsito depois que as tentativas de resolver problemas com duas das quatro rodas de reação falharam. Um relatório de engenharia foi solicitado para avaliar as capacidades da espaçonave, suas duas boas rodas de reação e seus propulsores. Ao mesmo tempo, um estudo científico foi conduzido para determinar se conhecimento suficiente pode ser obtido do escopo limitado do Kepler para justificar seu custo de $ 18 milhões por ano.

As ideias possíveis incluíam procurar asteróides e cometas, procurar evidências de supernovas e encontrar enormes exoplanetas por meio de microlentes gravitacionais . Outra proposta era modificar o software do Kepler para compensar as rodas de reação desativadas. Em vez de as estrelas ficarem fixas e estáveis ​​no campo de visão do Kepler, elas irão à deriva. No entanto, o software proposto era para rastrear esse desvio e recuperar mais ou menos completamente os objetivos da missão, apesar de ser incapaz de manter as estrelas em uma visão fixa.

Os dados coletados anteriormente continuam sendo analisados.

Segunda Luz (K2)

Em novembro de 2013, um novo plano de missão chamado K2 "Second Light" foi apresentado para consideração. O K2 envolveria o uso da capacidade restante do Kepler, precisão fotométrica de cerca de 300 partes por milhão, em comparação com cerca de 20 partes por milhão anteriores, para coletar dados para o estudo de " explosões de supernovas , formação de estrelas e corpos do Sistema Solar , como asteroides e cometas ". ... " e para encontrar e estudar mais exoplanetas . Neste plano de missão proposto, o Kepler procuraria uma área muito maior no plano da órbita da Terra ao redor do Sol . Objetos celestes, incluindo exoplanetas, estrelas e outros, detectados pela missão K2 seriam associados ao acrônimo EPIC , que significa Catálogo de Entrada do Plano Elíptico .

Cronograma da missão K2 (8 de agosto de 2014).

No início de 2014, a espaçonave passou por testes bem-sucedidos para a missão K2. De março a maio de 2014, os dados de um novo campo chamado Campo 0 foram coletados como um teste. Em 16 de maio de 2014, a NASA anunciou a aprovação da extensão da missão Kepler para a missão K2. A precisão fotométrica do Kepler para a missão K2 foi estimada em 50 ppm em uma estrela de magnitude 12 para uma integração de 6,5 horas. Em fevereiro de 2014, a precisão fotométrica para a missão K2 usando operações de precisão de ponto fino de duas rodas foi medida como 44 ppm em estrelas de magnitude 12 para uma integração de 6,5 horas. A análise dessas medições pela NASA sugere que a precisão fotométrica do K2 se aproxima daquela do arquivo Kepler de dados de precisão de três rodas e pontos finos.

Em 29 de maio de 2014, os campos de campanha 0 a 13 foram informados e descritos detalhadamente.

Proposta K2 explicada (11 de dezembro de 2013).

O campo 1 da missão K2 é definido em direção à região do céu de Leão a Virgem , enquanto o campo 2 é em direção à área "cabeça" de Scorpius e inclui dois aglomerados globulares, Messier 4 e Messier 80 , e parte da associação Scorpius-Centaurus , que tem apenas cerca de 11 milhões de anos e 120–140 parsecs (380–470  ly ) distante com provavelmente mais de 1.000 membros.

Em 18 de dezembro de 2014, a NASA anunciou que a missão K2 havia detectado seu primeiro exoplaneta confirmado, uma super-Terra chamada HIP 116454 b . Sua assinatura foi encontrada em um conjunto de dados de engenharia destinados a preparar a espaçonave para a missão K2 completa . Observações de acompanhamento de velocidade radial foram necessárias, pois apenas um único trânsito do planeta foi detectado.

Durante um contato agendado em 7 de abril de 2016, descobriu-se que o Kepler estava operando em modo de emergência, o modo operacional mais baixo e com maior consumo de combustível. As operações da missão declararam uma emergência da espaçonave, o que lhes deu acesso prioritário à Deep Space Network da NASA . Na noite de 8 de abril, a espaçonave foi atualizada para o modo de segurança e, em 10 de abril, foi colocada em estado de repouso, um modo estável que fornece comunicação normal e o menor consumo de combustível. Naquela época, a causa da emergência era desconhecida, mas não se acreditava que as rodas de reação do Kepler ou uma manobra planejada para apoiar a Campanha 9 do K2 fossem os responsáveis. Os operadores baixaram e analisaram os dados de engenharia da espaçonave, priorizando o retorno às operações científicas normais. Kepler voltou ao modo científico em 22 de abril. A emergência fez com que a primeira metade da Campanha 9 fosse encurtada em duas semanas.

Em junho de 2016, a NASA anunciou uma extensão da missão K2 de três anos adicionais, além do esgotamento esperado do combustível a bordo em 2018. Em agosto de 2018, a NASA despertou a espaçonave do modo de hibernação, aplicou uma configuração modificada para lidar com problemas de propulsor que degradaram apontando o desempenho e começou a coletar dados científicos para a 19ª campanha de observação, descobrindo que o combustível a bordo ainda não estava totalmente esgotado.

lançamentos de dados

A equipe Kepler originalmente prometeu liberar dados dentro de um ano de observações. No entanto, este plano foi alterado após o lançamento, estando prevista a divulgação dos dados até três anos após a sua recolha. Isso resultou em críticas consideráveis, levando a equipe científica do Kepler a divulgar o terceiro trimestre de seus dados um ano e nove meses após a coleta. Os dados até setembro de 2010 (trimestres 4, 5 e 6) foram divulgados em janeiro de 2012.

Acompanhamentos de outros

Periodicamente, a equipe Kepler divulga uma lista de candidatos ( Kepler Objects of Interest , ou KOIs) ao público. Usando essas informações, uma equipe de astrônomos coletou dados de velocidade radial usando o espectrógrafo SOPHIE échelle para confirmar a existência do candidato KOI-428b em 2010, mais tarde denominado Kepler-40b . Em 2011, a mesma equipe confirmou o candidato KOI-423b, posteriormente denominado Kepler-39b .

Participação cientista cidadão

Desde dezembro de 2010, os dados da missão Kepler têm sido usados ​​para o projeto Planet Hunters , que permite aos voluntários procurar eventos de trânsito nas curvas de luz das imagens do Kepler para identificar planetas que os algoritmos de computador podem perder. Em junho de 2011, os usuários encontraram sessenta e nove candidatos em potencial que não eram reconhecidos anteriormente pela equipe da missão Kepler. A equipe tem planos de creditar publicamente os amadores que avistam esses planetas.

Em janeiro de 2012, o programa da BBC Stargazing Live levou ao ar um apelo público para que voluntários analisassem os dados do Planethunters.org em busca de novos exoplanetas em potencial. Isso levou dois astrônomos amadores - um em Peterborough , Inglaterra - a descobrir um novo exoplaneta do tamanho de Netuno , a ser chamado de Threapleton Holmes B. Cem mil outros voluntários também estavam envolvidos na busca no final de janeiro, analisando mais de um milhão de imagens do Kepler por início de 2012. Um desses exoplanetas, PH1b (ou Kepler-64b de sua designação Kepler), foi descoberto em 2012. Um segundo exoplaneta, PH2b (Kepler-86b) foi descoberto em 2013.

Em abril de 2017, o ABC Stargazing Live , uma variação do BBC Stargazing Live , lançou o projeto Zooniverse "Exoplanet Explorers". Enquanto o Planethunters.org trabalhou com dados arquivados, o Exoplanet Explorers usou dados recentemente baixados da missão K2. No primeiro dia do projeto, foram identificados 184 candidatos ao trânsito aprovados em testes simples. No segundo dia, a equipe de pesquisa identificou um sistema estelar, mais tarde denominado K2-138 , com uma estrela parecida com o Sol e quatro super-Terras em uma órbita estreita. No final, os voluntários ajudaram a identificar 90 candidatos a exoplanetas. Os cientistas cidadãos que ajudaram a descobrir o novo sistema estelar serão adicionados como coautores no trabalho de pesquisa quando publicado.

Exoplanetas confirmados

Pequenos exoplanetas confirmados em zonas habitáveis ​​( Kepler-62e , Kepler-62f , Kepler-186f , Kepler-296e , Kepler-296f , Kepler-438b , Kepler-440b , Kepler-442b ).

Os exoplanetas descobertos usando os dados do Kepler , mas confirmados por pesquisadores externos, incluem Kepler-39b, Kepler-40b, Kepler-41b , Kepler-43b , Kepler-44b , Kepler-45b , bem como os planetas que orbitam Kepler-223 e Kepler -42 . A sigla "KOI" indica que a estrela é um Objeto de Interesse K epler .

Catálogo de entrada do Kepler

O Kepler Input Catalog é um banco de dados publicamente pesquisável de aproximadamente 13,2 milhões de alvos usados ​​para o Kepler Spectral Classification Program e a missão Kepler. O catálogo sozinho não é usado para encontrar os alvos do Kepler, porque apenas uma parte das estrelas listadas (cerca de um terço do catálogo) pode ser observada pela espaçonave.

Observações do Sistema Solar

Ao Kepler foi atribuído um código de observatório ( C55 ) para relatar suas observações astrométricas de pequenos corpos do Sistema Solar ao Centro de Planetas Menores . Em 2013 foi proposta a missão alternativa NEOKepler , uma busca por objetos próximos da Terra , em particular asteróides potencialmente perigosos (PHAs). Sua órbita única e campo de visão maior do que os telescópios de pesquisa existentes permitem que ele procure objetos dentro da órbita da Terra. Previu-se que uma pesquisa de 12 meses poderia dar uma contribuição significativa para a busca de PHAs, bem como potencialmente localizar alvos para a Missão de Redirecionamento de Asteroides da NASA . A primeira descoberta de Kepler no Sistema Solar, no entanto, foi (506121) 2016 BP 81 , um objeto clássico do cinturão de Kuiper de 200 quilômetros localizado além da órbita de Netuno .

Aposentadoria

Arte encomendada pela NASA para comemorar a aposentadoria de Kepler em outubro-novembro de 2018.

Em 30 de outubro de 2018, a NASA anunciou que o telescópio espacial Kepler, sem combustível e após nove anos de serviço e a descoberta de mais de 2.600 exoplanetas , foi oficialmente aposentado e manterá sua órbita atual e segura, longe de Terra. A espaçonave foi desativada com um comando de "boa noite" enviado do centro de controle da missão no Laboratório de Física Atmosférica e Espacial em 15 de novembro de 2018. A aposentadoria de Kepler coincide com o 388º aniversário da morte de Johannes Kepler em 1630.

Veja também

Outros projetos de busca de exoplanetas baseados no espaço

Outros projetos de busca de exoplanetas terrestres

Notas

Referências

links externos

Catálogos e bancos de dados de exoplanetas