Kepler (orbitālā observatorija)

Kepler bija NASA orbitālā observatorija, kas paredzēta Zemei līdzīgo citplanētu meklēšanai. Misija sākotnēji plānota 3,5 gadiem, kuru laikā tiks novērots vairāk nekā  zvaigžņu spožums, lai atrastu periodisku planētu pāriešanu pāri zvaigznēm. Kosmiskais aparāts nosaukts 17. gadsimta zinātnieka Johannesa Keplera vārdā. Kepler bija NASA programmas Discovery desmitā misija.

Kepler kosmosā tika palaista . Observatorija atradās heliocentriskā orbītā, sekojot aiz Zemes. Tādējādi Zeme neaizklāja novērojamās zvaigznes, un tās varēja novērot nepārtraukti, kā arī nebija gaismas traucējumu no Zemes. Citplanētas tika meklētas 100 kvadrātgrādu lielā laukumā Gulbja un Liras zvaigznājā.

Pētījumus sākotnēji bija plānots veikt vismaz līdz 2012. gada novembrim. 2012. gada aprīlī NASA paziņoja, ka Kepler misija pagarināta līdz 2016. gadam.
2013. gada maijā paziņots, ka kosmiskajam aparātam sabojājušies žiroskopi. 2014. gada maijā par diviem gadiem Kepler pagarināta zinātniskā misija.

2018. gada oktobrī Kepler beidzās degvielas krājumi, un tas tika izslēgts. Deviņu gadu laikā observatorija bija novērojusi  zvaigznes un atklājusi  zvaigznes.

Uzbūve 
Kepler kosmisko aparātu izgatavoja ASV uzņēmumā Ball Aerospace & Technologies Corp. NASA Reaktīvās kustības laboratorijas (Jet Propulsion Laboratory) vadībā. Eimsa pētījumu centrs bija atbildīgs par lidojuma kontroli un iegūto datu apstrādi.

Kepler bija 4,7 m augsts un 2,7 m plats. Starta brīdī aparāta masa bija 1052,4 kg, tai skaitā 562,7 kg pats aparāts, 478 kg fotometrs un 11,7 kg hidrazīns.

Enerģiju aparātam deva četri saules bateriju paneļi. To kopējā virsma bija 10,2 m². Saules baterijas spēja ražot vairāk nekā 1100 W. Enerģija tika uzkrāta 20 Ah litija jonu akumulatoru baterijā.

Kosmiskā aparāta stāvokli stabilizēja četri žiroskopi. Ik pēc 3,5 dienām tie bija "jāpārstartē", ko veica ar Kepler dzinēju. Lai "rupji" orientētos uz Keplera skata lauku, tika izmantots zvaigžņu sensors. Savukārt precīzai orientācijai uz pētāmām zvaigznēm tika izmantoti precīzās gidēšanas sensori.

Galvenā Kepler sastāvdaļa bija fotometrs. To veidoja Šmita teleskops ar 1,4 m platu primāro spoguli un 0,95 m apertūru. Teleskopam bija ļoti plašs redzes lauks (105 kvadrātgrādi). Tas bija  reižu lielāks nekā Habla teleskopam. Fotometra uztverošo daļu veidoja 42 lādiņa saites matricaa ar 95 megapikseļiem.

Lidojuma gaita 
Kepler tika palaists  03:49:57 UTC ar nesējraķeti Delta II no Kanaveralas zemesraga Gaisa spēku stacijas.
Pēc veiksmīgā starta kosmiskais aparāts izgāja sagatavošanās fāzi, kuras laikā tika veiktas sistēmu darbības pārbaudes un instrumentu kalibrācija. Sagatavošanās fāze ilga apmēram 60 dienas.

8. aprīlī 03:13 UTC tika atdalīts putekļu vairogs, kas līdz tam sargāja teleskopa fotometru. Nākamajā dienā tika uzņemts pirmais attēls. Pēc attēla izpētes misijas speciālisti nolēma nedaudz koriģēt teleskopa iestatījumus. 23. aprīlī tika paziņots, ka veiksmīgi ir izdevies koriģēt primārā spoguļa stāvokli. Tas tika pārvietots uz fokusa plakni par 40 mikroniem un sagāzts par 0,0072 grādiem.

2009. gada 13. maijā 00:01 UTC Kepler oficiāli sāka zinātnisko darbu, uzsākot planētu meklējumus ap citām zvaigznēm. Pirmos datus uz Zemi aparāts nosūtīja 19. jūnijā. Tika konstatēts, ka 15. jūnijā Kepler pirmoreiz bija pārslēdzies uz "drošo režīmu", kad tas lēnām rotē ap pret Sauli vērstu asi ar saules baterijām orientētām pret Sauli. Otrreiz tas notika 2. jūlijā. Abās reizēs pārslēgšanos izraisīja procesora pārstartēšanās. 3. jūlijā aparāts atgriezās normālā darba režīmā un nosūtīja uz Zemi nākamo datu grupu, kas bija sakrājusies kopš 19. jūnija.

14. oktobrī ieiešanu drošajā režīmā izraisīja sprieguma pazemināšanās procesora barošanas padevē.
18. novembrī notika aparāta trešā pārslēgšanās uz "drošo režīmu". Nākamajā dienā tas atsāka normālu darbību. 
 
2009. gada 16. decembrī Kepler misijas vadību NASA Reaktīvās kustības laboratorijas nodeva NASA Eimsa pētniecības centram.

2010. gada 12. janvārī tika atklāta anomālija Kepler fokālā plāna daļā. Viens no 21 moduļa MOD-3, kurā ir divas CCD matricas, pārraidīja kļūdainus datus. Šo moduli nācās izolēt, līdz ar to kosmiskā aparāta skata lauku samazinot par pieciem procentiem.
2. februārī aparāts atkal iegāja "drošajā režīmā", kuru izraisīja kļūmīgi dati no zvaigžņu sensora. 5. februārī tika atjaunota zinātniskās informācijas iegūšana. Aprīlī tika augšupielādēti programmatūras ielāpi, kas uzlaboja zvaigžņu sensoru darbību.
13. decembrī regulārajā sakaru seansā tika konstatēts, ka Kepler atrodas "rupjajā" orientācijā. Inženieri atklāja, ka pēc pēdējās žiroskopu "pārstartēšanas" kosmiskais aparāts nav pārgājis no rupjās un precīzo orientāciju. Misijas vadītājiem izdevās ātri pārslēgt aparātu uz precīzo orientāciju; bija zaudētas tikai 13 zinātnisko pētījumu stundas.
22. decembrī ieiešanu "drošajā režīmā" izraisīja trokšņi Saules sensorā. 6. janvārī aparāts tika atgriezts normālā darbībā.
2011. gada 1. februārī tika konstatēts, ka Kepler ir "drošajā stāvoklī" ar izslēgtu fotometru un zvaigžņu sensoru. Kļūmi izraisīja kropļoti dati no zvaigžņu sensora. 7. februārī aparātu izdevās atgriezt atpakaļ normālajā režīmā.

2011. gada 14. jūlijā sabojājās viens no četriem žiroskopiem, kas nodrošina kosmiskā aparāta precīzu stāvokli telpā. Tas normāli spēj darboties arī ar trīs žiroskopiem.
 NASA paziņoja, ka Kepler ir ievadīts režīmā ar izslēgtiem žiroskopiem. Tā kā viens no žiroskopiem signalizēja par palielinātu berzi, tad inženieri nolēmuši apstādināt visus žiroskopus un 10 dienām, kuru laikā pārkārtosies iekšējā smērviela. Tas varētu novērst berzi.
Mēnesi pēc šī "atpūtas" perioda tika konstatēts, ka berze žiroskopā atkal palielinājusies.
2013. gada 15. maijā tika paziņots, ka žiroskops Nr. 4 vairs nekustas, un kosmiskais aparāts iegājis drošajā stāvoklī. Ja žiroskopu neizdotos atgriezt darbībā, observatorija vairs nevarētu veikt citplanētu novērojumus, bet to varētu izmantot citiem mērķiem. Speciālistiem izdevās atrast veidu, kā Kepler varēja veiksmīgi darboties ar diviem žiroskopiem. 2014. gada 30. maijā observatorija atsāka zvaigžņu novērojumus. Piešķirot 20 miljonus USD, NASA pagarināja zinātnisko misiju, sauktu par K2, līdz 2016. gada jūnijam.

2018. gada 30. oktobrī tika paziņots, ka Kepler ir beigušies degvielas krājumi, un tas tika izslēgts.

Pētījumu rezultāti 
2009. gada 6. augustā NASA sasauca preses konferenci, lai apspriestu Kepler sākotnējos darbības rezultātus. Preses konferences laikā tika paziņots, ka orbitālā observatorija ir apstiprinājusi jau agrāk zināmās citplanētas HAT-P-7b eksistenci. Tas liecina par to, ka aparāts darbojas labi un spēj atklāt Zemes lieluma citplanētas.

4. novembrī Kepler misijas zinātnieki publicēja datus par aptuveni 7500 jaunām maiņzvaigznēm. Tās visas sākotnēji tika uzskatītas par zvaigznēm ar citplanētām, bet pārbaudot izrādījās maiņzvaigznes. Informācija tika iegūta, analizējot kosmiskā aparāta sākotnējos datu sūtījumus.

2010. gada 4. janvārī tika paziņots, ka ar kosmiskā aparāta palīdzību atklātas piecas citplanētas: Kepler-4b, 5b, 6b, 7b un 8b. Tās visas ir "karsto jupiteru" tipa, jo tām ir liela masa un ekstrēmas temperatūras (planētas ir no Neptūna lieluma līdz lielākām par Jupiteru).

26. augustā žurnālā Science tika publicēts raksts par Kepler atklājumiem, ka pie Saulei līdzīgas zvaigznes Kepler-9 atklātas divas planētas Kepler-9b un 9c, kuras pēc masas ir mazākas par Saturnu.

26. oktobrī Aarhus universitātē Dānijā tika sasaukta preses konferencē, kurā starptautiska zinātnieku grupa Kepler Asteroseismic Science Consortium (KASC) pastāstīja par atklājumiem astroseismoloģijā, izmantojot Kepler datus. Vairākām agrāk labi izpētītām zvaigznēm tika izpētītas oscilācijas un noskaidrots to cēlonis.

2011. gada 10. janvārī Kepler komanda paziņoja, ka atklāta pirmā cietas virsmas planēta, kura nosaukta par Kepler-10b. Tā ir 1,4 reižu lielāka par Zemi un uz šo laiku bija mazākā atklātā citplanēta.

2. februārī tika paziņots, ka atklāta sešu planētu sistēma ap zvaigzni Kepler-11. Visas planētas ir lielākas par Zemi, lielākās pēc izmēriem ir salīdzināmas ar Urānu un Neptūnu.

Atsauces

Ārējās saites 
 Kepler misija NASA mājaslapā 

Orbitālās observatorijas