Kepler-ruimteteleskoop

Kepler is ’n ruimteteleskoop wat deur Nasa gelanseer is om Aardtipe-planete om ander sterre te vind. Die ruimtetuig, wat na die sterrekundige Johannes Kepler genoem is, is op 7 Maart 2009 gelanseer.

Die tuig is ontwerp om ’n deel van ons omgewing van die Melkweg te verken en duisende eksoplanete te ontdek wat soortgelyk aan die Aarde is en binne of naby die bewoonbare sone van sterre voorkom. Dit moet ook meet hoeveel miljarde sterre in ons sterrestelsel sulke planete het. Kepler se enigste instrument is ’n fotometer wat die helderheid van meer as 145 000 hoofreekssterre in ’n vaste sigveld voortdurend meet. Dié data word na die Aarde gestuur, waar dit bestudeer word om periodieke verdowwings in sterre waar te neem wat veroorsaak word deur eksoplanete wat voor die sterre verbybeweeg.

Sending 
Kepler is deel van Nasa se laekoste-ruimteverkenning. Die bou en aanvanklike werking van die teleskoop was die werk van Nasa se Jet Propulsion Laboratory, terwyl die Ames-navorsingsentrum verantwoordelik is vir die ontwikkeling van die grondstelsels en ontledings. Die aanvanklike duur van die sending was 3,5 jaar, maar weens versteurings in die data was ekstra tyd nodig om al die doelwitte van die sending te bereik. In 2012 is verwag dat dit tot in 2016 sou duur, maar dit sal net moontlik wees as al die oorblywende reaksiewiele wat die tuig reg ingestel hou, bly werk. Op 11 Mei 2013 het die tweede van die vier reaksiewiele ingegee, en dit het die invordering van data bemoeilik en die voortbestaan van die sending bedreig.

Tot in Julie 2013 het Kepler 134 bevestigde eksoplanete in 76 sterrestelsels ontdek, met nog 3 277 moontlike kandidate. In November 2013 het sterrekundiges berig dat daar in die Melkweg volgens Kepler se data tot 40 miljard Aardgrootte-planete in die bewoonbare sones van Sontipe- en rooi dwergsterre kan wees. Sowat 11 miljard van dié eksoplanete kan om Sontipe-sterre voorkom. Die naaste sodanige eksoplaneet kan volgens hulle 12 ligjare van die Aarde af wees.

Op 15 Augustus 2013 het Nasa aangekondig dat hulle nie meer die twee defektiewe reaksiewiele gaan probeer herstel nie. Dit beteken die sending sal aangepas, maar nie noodwendig gestaak word nie. Op 18 November 2013 is verslag gedoen van ’n voorstel dat Kepler steeds gebruik sal word om bewoonbare planete om dowwer rooi dwerge op te spoor.

Werking 

Die ruimtetuig het ’n massa van 1 039 kg en sy hoofspieël het ’n deursnee van 1,4 meter – toe dit gelanseer is, was dit die grootste spieël in ’n teleskoop buite die Aarde se wentelbaan. Die tuig het ’n sigveld van 115 grade2 (’n deursnee van sowat 12 grade), wat rofweg so groot is soos ’n mens se vuis wat teen armlengte gehou word. Die fotometer het ’n sagte fokus om uitstekende fotometrie te verskaf eerder as skerp beelde.

Die kamera het ’n lensopening van 0,95 m. Sy brandvlak bestaan uit 42 CCD-sensors teen 2200×1024 beeldelemente (pieksels) en dit was in dié tyd die grootste kamera wat nog gelanseer is.

Kepler wentel om die Son, en dit skakel baie van die aardverduisterings en lig- en swaartekragsteurings uit wat kenmerkend is van ’n wentelbaan om die Aarde. Die fotometer wys na ’n gebied in die noordelike sterrebeelde Swaan, Lier en Draak, wat buite die ekliptika val, en daarom skyn sonlig nooit by die fotometer in terwyl die tuig om die Son wentel nie. Voorwerpe in die Kuiper- en Asteroïdegordel verberg ook nie die sigveld nie.

Dit is ook rofweg die rigting van die Sonnestelsel se beweging om die middel van die Melkweg; daarom is die sterre binne Kepler se sigveld min of meer ewe ver van die galaktiese middelpunt af as die Son en ook naby die galaktiese vlak. Dit is belangrik as ’n mens die teorie in ag neem dat bewoonbaarheid afhang van die posisie in die Melkweg.

Die wetenskaplike doel van die ruimtetuig is om die struktuur en verskeidenheid van planeetstelsels te ondersoek. Die tuig neem ’n groot aantal sterre waar met die volgende hoofdoeleindes:

 Om te bepaal hoeveel Aardtipe- en groter eksoplanete daar is in of naby die bewoonbare sone van sterre van ’n groot verskeidenheid spektraaltipes.
 Om die groote en vorm van hierdie planete se wentelbane te bepaal.
 Om te bepaal hoeveel eksoplanete daar in dubbel- en veelvoudige sterstelsels is.
 Om die omvang, grootte, helderheid, massa, digtheid en wentelbane van kortperiode-reuseplanete te bepaal.
 Om bykomende lede van elke ontdekte planeetstelsel te vind deur middel van ander tegnieke.
 Om die eienskappe te bepaal van sterre wat planeetstelsels het.

Die meeste van die eksoplanete wat voorheen op ander maniere ontdek is, was reuseplanete soos Jupiter en groter. Kepler soek planete met ’n massa van 30 tot 600 keer laer, nader aan die massa van die Aarde (Jupiter se massa is 318 keer dié van die Aarde). Die metode behels die waarneming van ’n effense afname in die skynbare magnitude van die ster, wat dui op ’n planeet wat voor die ster verbybeweeg. Die omvang van dié verdowwing kan gebruik word om die grootte van die eksoplaneet te bepaal, en die tydperk tussen verdowwings kan gebruik word om die eksoplaneet se wentelbaan te bepaal.

Die waarskynlikheid dat ’n planetêre wentelbaan voor ’n ster sal verbyloop soos van ’n sekere punt af gesien, is die deursnee van die ster gedeel deur die deursnee van die wentelbaan. Vir ’n Aardgrootte-planeet op ’n afstand van 1 AE van ’n Songrootte-ster af is die waarskynlikheid 0,465%, of sowat 1 uit 215. Op 0,72 AE (die afstand van Venus van die Son af) is die waarskynlikheid effens groter: sowat 0,65%; sulke planete kan Aardtipe-planete wees as die ster ’n klas G-tipe-ster is soos Tau Ceti. Omdat planete in ’n spesifieke stelsel geneig is om op dieselfde vlak om ’n ster te wentel, is die waarskynlikheid baie groot dat nog planete om ’n ster gevind sal word as een planeet gevind word. As bewoners van ’n ander planeet byvoorbeeld die Aarde om die Son sien wentel, is die kans 12% dat hulle ook Venus sal sien.

Kepler se sigveld van 115 grade2 maak dat dit Aardtipe-planete baie makliker sal opspoor as die Hubble-ruimteteleskoop met sy sigveld van net 10 vierkante boogminute. Verder is Kepler ontwerp vir dié doel, terwyl Hubble meer doeleindes het en selde op net een sigveld gerig is. Van die halfmiljoen sterre in Kepler se sigveld is sowat 150 000 uitgesonder vir waarneming. Hulle word tegelykertyd waargeneem en Kepler meet wisselings in hul helderheid elke 30 minute. Dit het dus ’n baie groter kans om ’n planeet se oorgang voor ’n ster waar te neem.

Die waarskynlikheid van 1 uit 215 beteken dat as 100% van die sterre wat waargeneem word dieselfde deursnee as die Son het en elkeen het een Aardtipe-planeet waarvan die wentelbaan met die Aarde s’n ooreenstem, sal Kepler sowat 465 van hulle vind; as net 10% van die sterre dieselfde deursnee as die Son het, sal Kepler net 46 planete vind.

Kepler moet minstens drie verdowwings waarneem om te bevestig dat dit wel deur ’n planeet veroorsaak is. Daarna moet opvolgtoetse gedoen word. Doppler-spektroskopie is een metode om sulke opvolgtoetse te doen. Dit kan ook gebruik word om eksoplanete op te spoor wat nie voor ’n geteikende ster verbybeweeg nie. Nog ’n metode om opvolgtoetse te doen is astrometrie, waarvoor Kepler goeie data kan versamel hoewel dit nie spesifiek ontwerp is om dit te doen nie. In stelsels met meer as een planeet kan planete dikwels bevestig word deur na wisselings in die verdowwing te kyk wat veroorsaak sal word as planete se swaartekrag ’n invloed op mekaar uitoefen. Dit is veral waardevol om planete met ’n redelike lae massa om ’n verafgeleë ster te bevestig. Planete wat om meer as een ster wentel, kan bevestig word deur te kyk na wisselings in die tydsduur van die planeet se oorgang, wat deur die wentelbeweging van die sterre veroorsaak word. As die planeet groot genoeg is, kan dit ook effense afwykings van die sterre se wentelperiodes veroorsaak.

Resultate tot dusver 

Die Kepler-ruimteteleskoop se eerste resultate is op 4 Januarie 2010 aangekondig. Soos verwag is, was die eerste eksoplanete wat ontdek is kortperiodeplanete. Namate die sending voortgeduur het, is kandidate met langer periodes ontdek.

2009 
Nasa het op 6 Augustus ’n nuuskonferensie gehou om Kepler se vroeë resultate te bespreek. Daar is bekend gemaak Kepler het die bestaan van ’n voorheen bekende eksoplaneet, HAT-P-7b, bevestig en dat die teleskoop goed werk.

In die eerste ses weke is vyf voorheen onbekende eksoplanete ontdek wat almal baie naby aan hul sterre gewentel het. Van die interessantste ontdekkings was een van die planete met die laagste digtheid wat nog ontdek is, twee wit dwergsterre met ’n lae massa wat volgens eerste berigte ’n nuwe klas sterre was, en ’n planeet om ’n dubbelster.

2010 
Op 15 Junie het die Kepler-sending data oor al die sowat 156 000 sterre (buiten 400) gepubliseer wat geteiken is vir waarneming. Altesaam 706 sterre van dié eerste stel data het moontlike planete gehad, met groottes wat wissel van dié van die Aarde tot groter as Jupiter. Data oor die oorblywende 400 sterre is in Februarie 2011 bekend gemaak (sien 2011 hier onder). Die Kepler-resultate het daarop gedui dat klein kandidaatplanete met wentelpriodes van minder as 30 dae heelwat meer volop is as groot kandidaatplanete met langer periodes. Dit was in teenstelling met ouer teorieë dat daar min Aardgrootte-planete is, waarskynlik omdat groter planete makliker is om van die Aarde af op te spoor. Ramings wat op dié data gebaseer is, het daarop gedui dat daar sowat 100 miljoen bewoonbare planete in ons sterrestelsel kan wees.

Later in 2010 het die Kepler-span data oor 312 kandidaat-eksoplanete om 306 aparte sterre uitgereik. Net 33,5 dae se data was egter vir die meeste kandidate beskikbaar. Volgens Nasa is data oor nog 400 kandidate weerhou tot die Kepler-span tyd gehad het om opvolgwaarnemings te doen. Dié data is op 2 Februarie 2011 bekend gemaak.

2011 
Op 2 Februarie het die Kepler-span data bekend gemaak oor waarnemings wat tussen 2 Mei en 16 September 2009 gedoen is. Hulle het 1 235 kandidaatplanete gevind wat om 997 sterre wentel. (Die getalle wat hier onder genoem word, veronderstel dat dit regte panete was, hoewel hulle kandidaatplanete genoem is in die nuusvrystelling. Onafhanklike ontledings dui daarop dat minstens 90% van hulle wel regte planete is.) Van die planete was 68 min of meer so groot soos die Aarde, 288 soos Super-aardes, 662 soos Neptunus, 165 soos Jupiter en 19 tot twee keer so groot soos Jupiter.

Van hulle is 54 moontlik in die bewoonbare sone van hul sterre, onder meer vyf wat minder as twee keer so groot soos die Aarde is. Voorheen was daar net twee planete wat na verwagting in die bewoonbare sone was, dus waar vloeibare water kan voorkom, en die Kepler-data was ’n belangrike vroeë aanduiding van hoeveel sulke planete wel kan bestaan. Al die bewoonbare planete wat tot in daardie stadium gevind is, het gewentel om sterre wat aansienlik kleiner en koeler as die Son is (bewoonbare kandidate om Sontipe-sterre sal langer neem om te bevestig vanweë die drie vereiste oorgange wat benodig word).

Teen 5 Desember het die Kepler-span aangekondig dat hulle 2 326 kandidaatplanete ontdek het, waarvan 207 min of meer so groot soos die Aarde was, 680 soos Super-aardes, 1 181 soos Neptunus, 203 soos Jupiter en 55 groter as Jupiter. In vergelyking met die Februarie-verslag het die getal Aard- en Super-aardgrootte-planete met onderskeidelik 200% en 140% toegeneem. Altesaam 48 van hulle was in die bewoonbare sone, wat ’n afname was van Februarie af – moontlik vanweë die strenger kriterie wat vir die Desember-data gebruik is.

Op 20 Desember het die Kepler-span die ontdekking aangekondig van die eerste Aardgroote-eksoplanete, Kepler-20e en Kepler-20f, rondom ’n Sontipe-ster, Kepler-20.

Die sterrekundige Seth Shostak het na aanleiding van dié stel data voorspel daar is sowat 30 000 bewoonbare planete "binne 1 000 ligjare van die Aarde af". Die Kepler-span het geraam dat daar in die Melkweg "minstens 50 miljard planete" is, waarvan "minstens 500 miljoen" in die bewoonbare sone van sterre voorkom. In Maart het sterrekundiges by Nasa se Jet Propulsion Laboratory (JPL) aangekondig dat "1,4 tot 2,7 persent" van alle Sontipe-sterre na verwagting Aardtipe-planete in hul bewoonbare sone het; dit dui op 2 miljard net in die Melkweg. Volgens die JPL-sterrekundiges is daar "50 miljard ander sterrestelsels", en dit dui op ’n moontlikheid van ’n triljard (Engels: sextillion) Aardtipe-planete indien al die sterrestelsels dieselfde aantal planete as die Melkweg het.

2012 
In Januarie het ’n internasionale span sterrekundiges aangekondig elke ster in die Melkweg kan "gemiddeld 1,6 planete" hê, wat dui op minstens 160 miljard planete in ons sterrestelsel. Kepler het ook veraf stervlamme waargeneem waarvan sommige tot 10 000 keer sterker was as die enorme Carrington-sonvlam van 1859. Die stervlamme kan veroorsaak word deur Jupitergrootte-planete na aan die ster. ’n Planeet in ’n stelsel met vier sterre is ook bevestig – die eerste in sy soort wat ontdek is.

2013 

Volgens ’n studie deur Caltech-sterrekundiges wat in Januarie gepubliseer is, kan die Melkweg net soveel planete as sterre hê: sowat 100–400 miljard. Op 7 Januarie is die ontdekking van nog 461 kandidate aangekondig. Volgens Nasa was dit ’n toename van 20 persent en is daar nou altesaam 2 740 moontlike eksoplanete om 2 036 sterre.

Een van die bevestigde eksoplanete is Kepler-69c, ’n Aardtipe-planeet in die bewoonbare sone van ’n Sontipe-ster en ’n "groot kandidaat om buiteruimtelike lewe te huisves".

In April het Nasa die ontdekking van nog drie Aardtipe-planete aangekondig: Kepler-62e, Kepler-62f en Kepler-69c. Hulle kom voor in die bewoonbare sone van hul onderskeie sterre, Kepler-62 en Kepler-69. ’n Meer onlangse studie het gewys Kepler 69c is dalk meer soos Venus en dus waarskynlik nie bewoonbaar nie.

Op 15 Mei 2013 het Nasa aangekondig dat die ruimtetuig ’n defektiewe reaksiewiel het wat keer dat dit in die regte rigting wys. Dit was die tweede wiel wat ingee, en die tuig het drie van sy vier wiele nodig om reg te werk. Dit kan steeds inligting wat voorheen versamel is, na die Aarde stuur, maar kan nie verdere data versamel volgens sy huidige konfigurasie nie. Daar kan dus uit die inligting wat nou gestuur word, vir nog ’n paar jaar nuwe ontdekkings gedoen word. In Julie is die ontdekking van nog 63 kandidate uit dié data aangekondig.

Verwysings

Eksterne skakels 
 
 
  Hierdie artikel is vertaal uit die Engelse Wikipedia

Sien ook 
 Sterrekundeportaal

Ruimteteleskope