Kepler (kosmoseteleskoop)

Kepler oli NASA kosmoseobservatoorium, mille eesmärgiks oli avastada Maa tüüpi planeete. Tegemist oli esimese NASA missiooniga, mis oli võimeline leidma Maaga sarnaseid planeete elamiskõlbulikust tsoonist või selle lähedusest.Teleskoop, mis sai nime saksa astronoomi Johannes Kepleri järgi, startis Delta II kanderaketil kosmosesse 7. märtsil 2009.

Kepler projekteeriti jälgima kindlat piirkonda Linnutee galaktikast, et avastada sadu Maa-tüüpi planeete ja hinnata, kui paljude tähtede ümber tiirleb selliseid planeete. Teleskoobi peamiseks instrumendiks oli fotomeeter, mis jälgis pidevalt enam kui 140 000 tähe heledust fikseeritud vaateväljas. Kogutud andmed saadeti tagasi Maale, kus neid põhjalikult analüüsitakse.

Kepler otsis eksoplaneete varjutusemeetodil (transit method), jälgides kaugeid tähti pika aja jooksul ning oodates, et selle ümber tiirlev planeet tähe eest läbi liiguks. Kui see juhtus, registreeris teleskoobi pardal olev ülitundlik fotomeeter tähe heleduse marginaalse vähenemise. Selline varjutus toimus vaid korra ühe orbiidi jooksul, mis kaugelt tähelt vaadates Maa ja Päikese korral tähendaks vähemalt kolme aastat vaatlusi avastuse kinnitamiseks.

Selliste mõõtmiste ajal peab teleskoop olema täiesti paigal, milleks oli aparaadil vaja spetsiaalset positsioneerimise süsteemi, mille põhikomponentideks oli neli reaktsiooniratast (reaction wheel). Positsioneerimiseks oli vaja vähemalt kolme. Alguses olidki teleskoobil kõik need rattad töökorras, kuid 2012. aasta juulis lõpetas esimene neist töötamise. Teine ratas ütles üles 2013. aasta mais ning seetõttu ei püsinud teleskoop enam orbiidil piisava täpsusega paigal. Kuigi NASA insenerid proovisid mitmeid lahendusi probleemi parandamiseks, ei andnud need tulemusi ning 15. augustil 2013 lõpetati katsed positsioneerimissüsteem töökorda saamiseks. Kuigi transiitmeetodil planeetide otsimine polnud enam võimalik, ei tähendanud see kogu missiooni lõppu. Kuna satelliidil töötasid endiselt kaks reaktsiooniratast ja tõukurid, siis oli võimalik Kepleri missiooni kohandada mõne teise eesmärgi jaoks.
 
Algselt pidi teleskoop töötama vähemalt neli aastat ehk 2012. aasta novembrini, kuid NASA pikendas missiooni korduvalt. 30. oktoobril 2018 kuulutas NASA Kepleri missiooni seoses kütuse lõppemisega lõppenuks.

Üldandmed

Projekti umbkaudne maksumus (koos 3,5-aastaste ülalpidamiskuludega) oli 600 miljonit dollarit, mis võis paista küll palju, kuid oli võrreldes mõne muu kosmoseprogrammiga, näiteks Hubble'i programmiga (~10 miljardit dollarit), küllaltki odav. Kosmoseaparaadi kogumass oli 1039 kg. Peapeegli läbimõõt oli 1,4 meetrit ja apertuur 0,95 meetrit. Kosmosesse jõudmise ajal oli tegemist suurima peegliga teleskoobiga väljaspool Maa orbiiti. Eriliseks tegi Kepleri tema suur vaateväli 115 ruutkraadi (kasutatav 105 ruutkraadi), mis on võrdne väljasirutatud käe rusika suuruse alaga (kattes umbes 0,25% taevast). Fotomeeter oli pehme fookusega, mistõttu oli see ideaalne fotomeetria jaoks, kuid mitte teravate fotode jaoks.

Kaamera
Kepleri kaamera fokaaltasand koosnes 42 paari kaupa asetsevast CCD-sensorist (igaühe resolutsioon 2200×1024 pikslit). Koguresolutsiooni 95megapikslit näol oli sel ajal tegu suurima kosmosesse saadetud kaameraga. Pildisensori jahutuseks olid kasutusel soojatorud, mis olid ühendatud välise radiaatori külge.

Peapeegel
Kepleri peapeegli läbimõõt oli 1,4 meetrit, mis on suurim peegel väljaspool Maa orbiiti. Selle valmistas Ameerika klaasitootja Corning, kasutades erilist ULE- (ultra-low expansion) klaasi, mille tulemusel oli peegli kaal vaid 14% sellest, mis oleks tavalisest klaasist valmistatud sama suure peegli kaal. Selleks, et kosmosesüsteem oleks piisavalt tundlik ning suudaks tuvastada võimalikult väikseid planeete nende möödumisel tähe eest, oli tarvis peapeeglile väga suure peegeldusvõimega katet. Selleks lisati peapeeglile kaitsev üheksakihiline hõbekate, et suurendada peegeldumist, ning veel üks kate (dielectric interference coating), et minimeerida muid häireid.

Orbiit ja asend
Kepler asub heliotsentrilisel orbiidil ehk tiirleb ümber Päikese. Teleskoop oli suunatud nii, et see jälgis kindlat ala Luige, Lüüra ja Lohe tähtkujus nii, et Päikeselt tulev valgus ei ei sattunud kunagi sensorile. NASA on iseloomustanud Kepleri orbiiti kui Maad jälitavat orbiiti. Kuna Kepleri tiirlemisperiood (372,5 päeva) on mõnevõrra pikem kui Maal (365,256 päeva), siis liikus kosmosemasin Maast järjest kaugemale.

Teaduslik eesmärk
Kepleri missiooni teaduslikuks eesmärgiks oli planeedisüsteemide struktuuri ja mitmekesisuse tundmaõppimine. See saavutati suure valimi tähtede vaatlemisega, selleks et saavutada põhilised eesmärgid:
määrata tahkete planeetide arvukus mitmesuguste tähtede elamiskõlbulikus tsoonis või selle ümbruses;
määratleda nende planeetide orbiitide kuju ja suurus;
hinnata, kui palju planeete on mitme tähega süsteemides;
teha kindlaks lühikese perioodiga hiidplaneetide heledus, mass, tihedus ja orbiitide suuruste vahemikud;
tuvastada lisaliikmeid juba avastatud planeedisüsteemides kasutades teisi meetodeid;
määrata planeedisüsteemidega tähtede omadused.

Tulemused
 
Kepleri missioon oli väga edukas. 2013. aasta novembris tehti Kepleri andmeid analüüsides üldistus, et Linnutee galaktikas võib olla enam kui 40 miljardit elu võimalisega Maa-suurust planeeti. Enamik Kepleri avastatud planeetidest on Maast tunduvalt suuremad ning tiirlevad oma tähtedele väga lähedastel orbiitidel, jättes vähe lootust, et neil võiks eksisteerida elukõlbulik keskkond. 2013. aasta novembri seisuga on teleskoobilt kogutud andmete põhjal avastatud:
167 kinnitatud eksoplaneeti – nende seas väga mitmesuguste omadustega planeete;
üle 3500 tuvastamata planeedikandidaadi, millest 292 asuvad elamiskõlbulikus tsoonis;
2100 binaartähesüsteemi.

Ajalugu

2006. aasta jaanuaris lükkus projekti üleslennutamine eelarvekärbete tõttu kaheksa kuu võrra edasi. Sama aasta märtsis lükkus projekt samadel põhjustel veel nelja kuu võrra edasi. Sel ajal toimus antennivahetus, mis vähendas kulusid ja projekti keerukust.

Kepler startis 7. märtsil 2009 Delta II kanderaketil Floridas asuvast Cape Canaveral õhuväebaasist. Start oli igati edukas ning tõrkeid ei esinenud. Teleskoobi kate eemaldati 7. aprillil 2009 ning järgmisel päeval tehti ka esimesed pildikatsetused.

20. aprillil 2009 avastati, et teleskoobi fookuse väike muutus parandaks oluliselt teleskoobi võimekust. Kolm päeva hiljem (23. aprillil) teatati, et teleskoobi fookus on edukalt korrigeeritud. Selleks liigutati peapeeglit 40 mikromeetri võrra fokaaltasandi poole ning kallutati seda 0,0072 kraadi võrra.

12. mail 2009 lõppes Kepleri seadistamise ja kalibreerimise faas ning teleskoop alustas eksoplaneetide otsimist.

Kosmoseaparaat saatis oma esimesed teadusandmed maale 19. juunil 2009. Selleks ajaks oli Kepler juba enam kui 10 700 000 km kaugusel Maast ning jälgis samaaegselt enam kui 145 000 tähte. Andmetest selgus, et Kepler oli 15. juunil sisenenud turvarežiimi (ette nähtud selleks, et aparaat saaks ennast kaitsta olukorras, mil juhtub midagi ootamatut). Põhjuseks osutus rike kosmosemasina protsessoris. Insenerid tegid aga kindlaks, et kogutud andmetele ega ülejäänud süsteemidele oht puudub ning taastasid teleskoobi töö.

Teleskoop läks turvarežiimi ka 2. juulil. Taas oli põhjuseks protsessori lähtestumine. 14. oktoobril selgus, et turvarežiimi mineku tegelikuks põhjuseks oli toiteallikas, mille häired põhjustasid tõrkeid RAD750 protsessoris. Kolmandat korda sattus Kepler turvarežiimi 18. novembril.
 
14. juuli 2012 – üks neljast teleskoopi positsioneerivast rattast (reaction wheel) lakkas töötamast. Ka kolme reaktsioonirattaga oli võimalik teleskoobi tööd jätkata, kuid veel üks selline tõrge tähendanuks, et missioon ei saa enam jätkuda.

17. jaanuar 2013 – kosmosemasin oli selleks ajaks tegutsenud enam kui 3,5 aastat ning oli rohkem kui 72 miljoni kilomeetri kaugusel Maast. NASA teatas, et allesolevast kolmest reaktsioonirattast ühel täheldati suurenenud hõõrdumist ning probleemide kõrvaldamiseks viiakse teleskoop kümneks päevaks turvarežiimi. 28. jaanuaril jätkas teleskoop andmete kogumist, kuigi probleemi elimineerida ei õnnestunud.

11. mai 2013 – teine reaktsiooniratas lõpetas töötamise ning teleskoop lülitati puhkerežiimi.

15. august 2013 – teadlaste katsed vähemalt üks kahest rikkiläinud reaktsioonirattast töökorda saada ebaõnnestusid ning pärast mitu kuud kestnud testimist ja analüüsimist lõpetas Kepleri meeskond katsed teleskoobi töökorda seadmiseks.

Juulis 2018 teatas NASA, et Kepler viidi turvarežiimi, sest insenerid tuvastasid kütuserõhu languse, mis võis viidata kütuse lõppemisele. Insenerid ei ole kindlad kui palju kütust kosmoseteleskoobil on, kuid arvati, et see peaks lõppema 2018. aasta jooksul. NASA plaanis kütuse kasutamisest hoiduda kuni augustini, mil oli võimalik Süvakosmose Sidevõrgu kaudu Kepleri vaatlusandmed alla laadida.

Vaata ka
 Hubble'i kosmoseteleskoop
 James Webbi kosmoseteleskoop
 WorldView-1

Viited

Välislingid
 Kepleri ametlik koduleht
 Kepleri missiooni info

Kosmoseteleskoobid
Tehiskaaslased
NASA kosmosesondid
Discovery programm