Skončil teleskop, který nám otevřel dveře k exoplanetám

Stačilo „jen“ devět let služby v meziplanetárním prostoru a představy vědců o počtech exoplanet se radikálně změnily. Ukázalo se, že vesmír je vyplněn miliardami planet, které sice nevidíme, ale statisticky můžeme určit, že je jich více než samotných hvězd. Za tímto přelomovým objevem stojí dalekohled Kepler, kterému nyní došlo palivo nezbytné pro pokračování vědecké mise. NASA se tedy rozhodla oficiálně ukončit jeho službu. Kepler je na stabilní dráze a nehrozí jeho srážka se Zemí s. V jeho odkazu můžeme najít více než 2600 potvrzených exoplanet, z nichž mnohé by podle dosavadních znalostí mohly nabízet podmínky vhodné pro život.

Konstrukce teleskopu Kepler.

Konstrukce teleskopu Kepler.
Zdroj: https://www.nasaspaceflight.com

Po devíti letech mimořádné služby tak máme možnost ohlédnout se za misí, která výrazně rozšířila naše znalosti o planetárních systémech kolem cizích hvězd. Vždyť právě díky Kepleru jsme objevili exoplanety o velikosti Země, mnohé planety navíc obíhají v takzvané obyvatelné zóně, kde by se mohla nacházet voda v kapalném skupenství. Ta je považována za jeden z klíčových požadavků na přítomnost života.

Samotná mise Kepler byla plánována v rámci vědeckého programu Discovery na přelomu milénia a jako desátá mise tohoto programu byla oficiálně schválená v prosinci roku 2001. V té době lidstvo znalo jen 80 exoplanet – prvním objevem byla Gamma Cephei Ab poprvé objevená v roce 1989, ale definitivně potvrzena v roce 2002. Tehdejší známé exoplanety se ale řadily mezi takzvané horké Jupitery – šlo o plynné obry obíhající velmi blízko mateřských hvězd. Takové planety jsou pro nám známý život absolutně nevhodné.

Snímek z desáté kampaně fáze K2. Povšimněte si tří „mrtvých“ sektorů. Kepler i přes technické problémy fungoval ještě několik měsíců dál.

Snímek z desáté kampaně fáze K2. Povšimněte si tří „mrtvých“ sektorů. Kepler i přes technické problémy fungoval ještě několik měsíců dál.
Zdroj: https://keplerscience.arc.nasa.gov

Kepler měl do vesmíru letět v roce 2006, ale nakonec byl přesunut až na rok 2009. Bylo potřeba pracovat s návrhem a vývojem teleskopu, ale celý program Discovery se také musel oklepat ze ztráty sondy CONTOUR i z finančních problémů. Během vývoje teleskopu se zlepšily metody detekce exoplanet, takže když dalekohled letěl v březnu 2009 do vesmíru, znali vědci už 300 exoplanet, přičemž se dařilo objevovat i světy s velikostí srovnatelnou s Neptunem. „Kepler vznikl na velmi inovativním návrhu. Byl to mimořádně chytrý přístup pro tento druh vědy,“ chválí  Leslie Livesay, ředitelka astronomického a fyzikálního oddělení Jet Propulsion Laboratory, která pracovala jako projektová manažerka Kepleru během jeho vývojové fáze a dodává: „Bylo tam mnoho výzev, ale Kepler měl tehdy mimořádně talentovaný tým vědců a inženýrů, kteří to vše dokázali vyřešit.

Srdcem Kepleru byl Schmidtův teleskop o průměru 95 centimetrů, který pracoval jako fotometr měřící jasnost hvězd a odchylky této hodnoty, které mohou být způsobeny tranzitující exoplanetou, ale i jinými jevy – od záblesků po méně jasné skvrny na povrchu hvězd. Ohnisková deska byla pokrytá 42 CCD detektory, díky kterým mohl teleskop odhalit drobné změny v intenzitě přicházejícího světla z oblasti, kterou měl sledovat.

Oči Keplera - pole CCD modulů.

Oči Keplera – pole CCD modulů.
Zdroj: https://keplerscience.arc.nasa.gov

Oblast, ve které Kepler hledal exoplanety během primární mise.

Oblast, ve které Kepler hledal exoplanety během primární mise.
Zdroj: https://keplerscience.arc.nasa.gov

Kepler nesledoval celou oblohu. Jeho zorné pole mířilo do jediné oblasti mezi souhvězdími Labutě a Lyry. Ta byla vybrána z jednoduchého důvodu – toto pole bylo bohaté na hvězdy, ale také splňovalo bezpečnostní požadavky. Optika a její stínítko totiž musely být 55° nad nebo pod Sluncem. Celé pole nabízelo 100 000 hvězd a bylo bohatší než jiná pole na jižní polokouli.

Hvězdy, které Kepler sledoval, byly od Země vzdálené většinou 600 – 3000 světelných let a bylo potřeba tuto oblast sledovat nejméně tři roky, aby bylo možné potvrdit existenci exoplanet o velikosti Země, které obíhají kolem hvězd srovnatelných se Sluncem ve stejné vzdálenosti jako krouží naše planeta od Slunce. K potvrzení, že planeta existuje jsou potřeba tři tranzity, aby bylo jisté, že poklesy jasnosti nezpůsobuje nic jiného. Celá mise měla vytvořit jakýsi statistický vzorek hvězd, s pomocí kterého jsme měli zjistit, jak běžné exoplanety (především ty zemského typu) vlastně ve vesmíru jsou.

Ke startu došlo 7. března roku 2009 na palubě rakety Delta II medium, která vynášela mnoho jiných známých sond – například Mars Global Surveyor, dva rovery MER, nebo Deep Impact. Po úspěšném startu se sonda dostala na dráhu kolem Slunce „zaostávající za Zemí“ (Earth-trailing orbit). Na této dráze se sonda postupně vzdalovala od Země a právě díky tomu se mohl Kepler zaměřit na specifickou lokalitu, kterou mu vybrali vědci.

7. dubna 2009 Kepler odhodil svou ochrannou krytku a jeho detektory zachytily první světlo. Řídící středisko mise v coloradském Boulderu zřízené firmou Ball Aerospace a Laboratoří atmosférické a vesmírné fyziky v rámci Coloradské univerzity postupně uvedlo teleskop do aktivního režimu a první zkušební měření proběhlo 8. dubna. Tento první snímek měl 95 megapixelů, což byl svého času snímek s největším rozlišením pořízený ve vesmíru. V dalších dnech proběhla kalibrace a zostření snímků, takže Kepler mohl zahájit svou unikátní misi 13. května 2009.

Porovnání hvězdného systému Kepler 22 se Sluneční soustavou.

Porovnání hvězdného systému Kepler 22 se Sluneční soustavou.
Zdroj: https://www.nasaspaceflight.com

Vůbec první objev exoplanety objevené tímto teleskopem oznámili vědci 4. ledna 2010 – šlo o pět horkých Jupiterů, ale to byl jen začátek velkého představení. Už 5. prosince 2011 obletěla svět zpráva o objevu planety Kepler-22b, což byla první super-Země obíhající v obyvatelné zóně kolem hvězdy podobné Slunci.

V roce 2014 přinesla analýza naměřených dat další významný objev. Kepler-186f se stal první planetou o velikosti Země, která obíhá v obyvatelné zóně. V tomto případě šlo o červenou trpasličí hvězdu spektrálního typu M. V dalším roce se díky podrobnější analýze ukázalo, že Kepler-452b má jen o 60 % větší průměr než Země a jde pravděpodobně o kamenný svět, tedy o planetu s pevným povrchem. Tato planeta již obíhala kolem hvězdy spektrálního typu G, kam patří žlutě svítící hvězdy podobné Slunci. I v tomto případě byla tato exoplaneta objevena v obyvatelné zóně.

Primární mise dalekohledu Kepler byla stanovena na 3,5 roku, ale vědci potřebovali ještě čas navíc. Chtěli potvrdit několik exoplanet zemského typu, ale bránil jim v tom šum na detektorech, takže mise byla prodloužena. V červenci 2012 ale přestal pracovat jeden z palubních gyroskopů. Teleskop tak mohl využívat jen tří gyroskopů, což byl minimální počet nutný ke stabilnímu pozorování hvězdného pole mezi Labutí a Lyrou.

Teleskop Kepler

Teleskop Kepler
Zdroj: https://www.nasaspaceflight.com/

14. května 2013 se objevil další vážný problém – teleskop přešel do bezpečného režimu. Selhal mu totiž druhý gyroskop a nedal se oživit. Bylo jasné, že primární mise skončila. Inženýři se ale nechtěli této perfektní techniky vzdát a hledali proto možnosti, jak umožnit alespoň nějaké fungování s využitím dvou gyroskopů. Vědci včetně zájemci z řad veřejnosti pomocí webu Planet Hunters zatím procházeli data z Kepleru a ve světelných křivkách hledali stopy po exoplanetách.

Při nadstavbové misi K2 se zorné pole teleskopu přesouvalo.

Při nadstavbové misi K2 se zorné pole teleskopu přesouvalo.
Zdroj: http://www.nasa.gov/

Inženýři nakonec přišli s řešením a v srpnu 2013 začala příprava na novou misi s označením K2. Nejprve bylo potřeba provést důležitou zkoušku, zda navržený systém funguje. Výsledek všechny potěšil – Kepler si v době, kdy využíval dvou fungujících gyroskopů a tlaku slunečního záření místo poškozeného gyroskopu, zachovával stabilní pozici. Kepler dokázal v tomto režimu hledět na určitou část oblohy po dobu 83 dnů a pak už musel změnit svou orientaci, aby zabránil vstupu slunečního světla do citlivé optiky. Díky tomu mohl Kepler prozkoumat různé části oblohy, ale daní za to bylo, že kratší doby pozorování daného sektoru neumožní hledání některých planet s delší dobou oběhu.

Mise K2 oficiálně začala v květnu 2014 a čekalo se, že by mohla objevit více exoplanet – především těch, které obíhají blíže ke svým hvězdám. Vědci se těšili i na fenomény jako jsou dvojhvězdy, supernovy a různé hvězdné struktury. Významné objevy z fáze K2 obsahují například systém K2-138, což byl první víceplanetární systém objevený veřejností v rámci mise K2. Zmínku si určitě zaslouží i systém K2-72, který obsahuje čtyři kamenné planety, z nichž dvě mohou být v obyvatelné zóně.

Teleskop Kepler během předstartovní přípravy.

Teleskop Kepler během předstartovní přípravy.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org

Očekávalo se, že mise K2 bude trvat do roku 2017, maximálně 2018, což se nakonec potvrdilo. Už na začátku letošního roku se objevily náznaky docházejícího paliva, které je nezbytné k přesné orientaci teleskopu. V průběhu léta a podzimu se Kepler několikrát dostal do bezpečného režimu, ale pozemní týmy dokázaly stáhnout všechna data naměřená během 19. kampaně fáze K2, aby mohla začít kampaň dvacátá. 19. října vstoupil Kepler do bezpečného režimu naposledy.

19. kampaň, ze které se podařilo získat všechna data, obsahuje i velmi důležité údaje o planetách, které pozoroval i nový hledač exoplanet, teleskop TESS. Tato data mohou posloužit ke kalibraci dat z obou teleskopů a díky nim by se mohly zpřesnit algoritmy pro hledání exoplanet. Teleskop TESS se do vesmíru dostal letos v dubnu a staví na Keplerově odkazu. Jeho úkolem je sledovat 200 000 jasných a blízkých hvězd, sbírat o nich data, která se mohou později použít pro vytipování cílů Dalekohledu Jamese Webba.

30. října byl oficiálně oznámen konec mise a NASA potvrdila, že zásoby paliva jsou již definitivně vyčerpané. Aktivní fáze sběru vědeckých dat sice skončila, není důvod ke smutku. Kepler nám v rámci své primární mise i nadstavbové fáze K2 otevřel dveře k exoplanetám. Jak již bylo napsáno výše, před startem Kepleru jsme znali jen 340 exoplanet – povětšinou horkých Jupiterů. V současné době (k datu 26. října) zná lidstvo 3 826 exoplanet a 633 víceplanetárních systémů. Sám Kepler objevil v základní fázi 2 327 exoplanet a v rámci mise K2 k tomu přidal dalších 354 světů. „Když jsme před 35 lety začali uvažovat o něčem na způsob této mise, neznali jsme ani jednu planetu mimo Sluneční soustavu,“ vzpomíná zakládající hlavní vědecký pracovník mise William Borucki, který je již v penzi a dodává: „Teď víme, že planety jsou všude. Kepler nám nastavil nový kurz plný slibných objevů pro budoucí generace.

Řez teleskopem Kepler.

Řez teleskopem Kepler.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Tenhle teleskop ale ještě neřekl poslední slovo. Stále existuje 2 426 kandidátů z primární mise a 473 kandidátů z mise K2. Jde o nepotvrzené exoplanety, které potřebují dodatečnou analýzu pro potvrzení. „Víme, že konec provozu teleskopu není konec Keplerových objevů,“ připomíná Jessie Dotson, hlavní vědecká pracovnice mise z Ames Research Center a dodává: „Nemohu se dočkat těch různých objevů, které ještě získáme z našich dat, ale i z měření sond, které přijdou po Kepleru.

Během primární i nadstavbové mise Kepleru se podařilo objevit kolem třiceti planet s velikostí srovnatelnou se Zemí, které obíhají v obyvatelné zóně, kde může být kapalná voda. Nedávná studie sice představila určité pochybnosti o počtu Keplerem objevených exoplanet, ale jedna věc je jistá. Právě díky tomuto teleskopu jsme získali definitivní potvrzení, že exoplanety jsou běžnou součástí vesmíru – podle výpočtů by na každou hvězdu v Mléčné dráze měla připadat minimálně jedna exoplaneta.

Kepler tak odešel na odpočinek a jeho mise skončila, ale do dějin kosmonautiky se zapsal jako jedna z nejúspěšnějších misí celé historie. Jeho objevy položily základy nového oboru, na kterých budou moci astronomové stavět v dalších letech. Odkaz teleskopu Kepler je tak významný, že nebude nikdy zapomenut. „První americký lovec exoplanet, dalekohled Kepler, výrazně překonal všechna naše očekávání. Vydláždil nám cestu k dalšímu průzkumu a hledání života ve Sluneční soustavě a dále,“ uvedl Thomas Zurbuchen, přidružený administrátor z vědeckého ředitelství NASA a dodal: „Nejen že nám ukázal, jak moc planet ve vesmíru je, ale také zažehl jiskru úplně nového pole výzkumu, které zasáhlo vědeckou komunitu. Jeho objevy vrhly na naše místo ve vesmíru nové světlo a osvětlily napínavá tajemství a možnosti u jiných hvězd.

Ilustrace vytvořená k ukončení činnosti teleskopu Kepler.

Ilustrace vytvořená k ukončení činnosti teleskopu Kepler.
Zdroj: https://www.nasa.gov

Zdroje informací:
https://www.nasa.gov/
https://www.nasaspaceflight.com/

Zdroje obrázků:
https://www.nasaspaceflight.com/…/2018-10-30-19_46_20-kepler-Google-Search.jpg
https://www.nasaspaceflight.com/…Jeopardy-Universe-Today-412×350.jpg
https://keplerscience.arc.nasa.gov/images/c10ffi.png
https://keplerscience.arc.nasa.gov/images/kepler_CCDarray.jpg
https://keplerscience.arc.nasa.gov/images/Keplerfieldofviewstarchart.gif
https://www.nasaspaceflight.com/…Kepler-22-diagram-Kepler-22b-Wikipedia-447×350.jpg
https://www.nasaspaceflight.com/…kepler-space-telescope-Google-Search.jpg
https://upload.wikimedia.org/…Hazardous_Processing_Facility_%28KSC-2009-1645%29.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/18/Keplerspacecraft-20110215.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/kepler_eof_08-01-ws-oil-paint_filter_0.jpg

Skončil teleskop, který nám otevřel dveře k exoplanetám, 5.0 out of 5 based on 24 ratings
Pin It
(Visited 2 571 times, 1 visits today)
Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 5.0/5 (24 votes cast)
(Visited 2 571 times, 1 visits today)
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


24 komentářů ke článku “Skončil teleskop, který nám otevřel dveře k exoplanetám”

  1. Trysky napsal:

    Paráda, moc pěkný článek.

  2. Geo napsal:

    Super počteníčko ! 😀

  3. David napsal:

    Mám dotaz. I když mu tedy došlo palivo, tak přece pořád někam kouká a je schopen odesílat data, ne? Takže by bylo možné teoreticky sbírat data při “průchodech” zajímavými oblastmi. Elektronika bude přece díky solárům fungovat dokud neodejdou palubní počítače.

    • Has napsal:

      Sice stále kouká ale není schopen udržet stabilitu záběru na jedno místo. Vše kolem něj i on samotný se hýbe a dřív nebo později se optika podívá do slunce a to bude úplný konec.

    • Petr Scheirich napsal:

      Kromě výše zmíněného ještě přidám:
      – Kepler má pevnou anténu. Pro odesílání dat se musí celý otočit tak, aby anténa mířila na Zem (to se v minulosti dělo jednou za měsíc, kdy se na jeden den přerušilo měření a dalekohled odesílal data). Takže bez aktivní orientace by nebylo možné data odeslat.
      – Kepler má pevné sluneční panely. Dříve či později (už jen díky oběhu okolo Slunce) by tyto přestaly mířit ke Slunci a přišel by o elektrickou energii.
      – Konstrukce a plášť sondy je navržená na určitou orientaci (na straně odvrácené od Slunce je radiátor, který přebytečné teplo vyzařuje do prostoru), tak aby byla zajištěna tepelná stabilita a nic uvnitř se nepřehřálo ani nezmrzlo. Bez aktivní orientace i toto přestane fungovat.

      • Filip Vodička napsal:

        Moc děkuji za technické detaily konstrukce dalekohledu, protože bez jejich znalosti jsem se také divil, že nechají takový úžasný HW ladem. Nicméně po takovémto shrnutí je to naprosto jasné…

  4. bill napsal:

    Parádní článek o milníku astronomie. Děkuji kosmonautixi! 🙂

  5. bill napsal:

    Jen mi vrtá hlavou, že dalekohled váží několik tun a za 9 let spotřeboval 3 galony paliva. Což by znamenalo, že každý galon navíc by byly 3 roky navíc? To že tam ten galon navíc nebyl ukazuje spíše na to, že definovaný objem paliv v podobném projektu by neměl překročit nějakou teoretickou možnost životnosti, protože by to na pozadí stálo další veliké peníze. A je jednodušši pro všechny, když se mluví o vyčerpání paliva než o tom, že tam někde máme vědecký hardwareza několik miliard, který prostě jen vypneme. 🙂

    • Dušan Majer napsal:

      On Kepler sloužil dvojnásobek toho, co měl, takže bych o nějakém podcenění moc nemluvil. Jak se píše v článku, inženýři pro něj využili inovativní postupy a cokoliv mohlo selhat ještě dříve.

    • frank napsal:

      Skutečnost je taková, že těsně před startem došlo k zhodnocení váhových rezerv sondy a pak bylo palivo dotankováno hodně nad stanovený limit .
      Odstartovalo se pak cca 12 kilogramy paliva a ne s plánovanými cca 7,5 kilo paliva 🙂 Nádrž samotná měla totiž takovou rezervu a neměla být při startu plná 🙂

      • bill napsal:

        Rozumín, takže ten galon navíc tam vlastně už byl. Jen na to musím nahlédnout optikou roku 2015. 🙂

  6. bill napsal:

    Ano já rozumím. 🙂 Kepler i jeho tým kolem něj odvedli opravdu VELIKOU a dobrou práci. Já si spíš říkal jestli tam nemohl být galon nebo dva navíc… v té jeho hmotnosti vzhledem k tomu co by to bylo za možnosti… jakože proti sobě najednou stojí cena teleskopu a jednoho galonu paliva.

    • Dušan Majer napsal:

      Jasně, jenže ono to není jen tak zvětšit nádrže – dostanete se do dominového efektu ovlivňování dalších systémů z hlediska rozměrů a dalších faktorů.

    • Jura napsal:

      Vše souvisí se vším – Kepler při startu vážil tuším lehce přes tunu. Přidejte galon dva paliva + větší nádrž, zesílení konstrukce , tím vzroste startovací hmotnost, bude potřeba silnější raketa, celé se to prodraží a někdo nakonec rozhodne, že na to peníze nejsou anebo se tím odčerpají peníze na vývoj a výrobu následovníka, tedy TESS.
      Pokud je možnost vyslání nového modernějšího zařízení, nemá cenu udržovat na dráze starší družici za KAŽDOU CENU.
      Pokud není zbytí a náhrada není, musí se vynaložit úsilí na udržení staršího hardwaru v činnosti (viz. HST).

  7. Jiný Honza napsal:

    Mám pocit, že Kepler má průměr zrcadla 0,95 m a ne 140 cm.

  8. Marek napsal:

    Diky za clanek! Rad bych dodal, ze ESA pred nedavnem zacala pracovat na projektu PLATO, ktery je take lovec exoplanet. PLATO bude mit 26 teleskopu, kazdy se ctyrmi CCD 4510×4510px, celkove 104 CCD nejvetsi jake kdy letely do vesmiru. Pokud vse pujde podle planu, start v roce 2026.

    • Dušan Majer napsal:

      Díky za připomenutí. Celkově se hledání/výzkum exoplanet velmi slušně rozbíhá – TESS se zabydluje ve vesmíru, čeká nás Cheops, JWST či ARIEL. Prostě slušná nadílka.

  9. Filip Vodička napsal:

    Děkuj za výborný článek, jako obvykle čistě technický a současně čtivý.
    Musím říct, že mne to donutilo se zamyslet s smeknout klobouk před Hubble Space Telescope, který měl poslední servisní misi skoro ve stejnédobě, kdy Kepler startoval. U Keplera je úžasné, že jeho nástupce TESS byl ve vesmíru ještě před jeho koncem a může tak plynule na jeho pozorování navázat. Bohužel u HST žádného takového nástupce nevidím, protože JWST má pokud vím už z principu značně omezenou životnost (minimálně IR část tuším 5 let kvůli chlazení) a také primárně zaměřen na pozorování hlubokeho pole, což u HST byla pouze jedna z mnoha možností. Případně by náhradou mohl být ELT, ale ten je zase limitován tím, co projde atmosférou. Takže mám obavu že HST bude poslední svého druhu a jeho práce bude (spíš dnes už je) rozdělena mezi několik specializovaných družic. Tak jen doufám, že si tu v roce 2020 přečtu úžasný článek k 30. výročí fungování HST 🙂

    • Dušan Majer napsal:

      V první řadě moc díky za pochvalu!
      V řadě druhé si dovolím drobně nesouhlasit. JWST bude využívat unikátní systém chlazení, který mu umožní fungovat delší dobu než s konvenčním chlazením. JWST navíc bdue sledovat celéspektrum objektů – od dávných galaxií přes exoplanety až po objekty Sluneční soustavy.
      Takový článek připravíme moc rádi! 😉

Zanechte komentář