Kepler uzay teleskobu

Kepler uzay teleskobu, NASA tarafından 2009 yılında diğer yıldızların yörüngesinde dönen Dünya büyüklüğündeki gezegenleri keşfetmek için fırlatılan ve artık kullanılmayan bir uzay teleskobudur. Astronom Johannes Kepler'in adını taşıyan uzay aracı, Dünya'yı takip eden güneş merkezli bir yörüngeye yerleştirildi. Baş araştırmacı William J. Borucki idi. Teleskobun reaksiyon kontrol sisteminin (RCS) yakıtı dokuz buçuk yıl süren operasyonun ardından tükendi ve NASA, 30 Ekim 2018'de devre dışı bırakıldığını duyurdu.
Kepler, Samanyolu'nun Dünya bölgesinin bir kısmını tarayarak yaşanabilir bölgelerdeki Dünya büyüklüğünde ötegezegenleri keşfetmek ve Samanyolu'ndaki milyarlarca yıldızın kaç tanesinin bu tür gezegenlere sahip olduğunu tahmin etmek amacıyla tasarlanmıştır. Kepler'in tek bilimsel aracı, sabit bir görüş alanında yaklaşık 150.000 anakol yıldızının parlaklığını sürekli olarak izleyen bir ışıkölçerdi. Bu veriler Dünya'ya iletilerek, ana yıldızlarının önünden geçen gezegenlerin neden olduğu periyodik kararmaları tespit etmek için analiz edildi. Sadece, yörüngeleri Dünya'dan bakıldığında yandan görülen gezegenler tespit edilebilirdi. Kepler, 16 Haziran 2023 itibarıyla 530.506 yıldızı gözlemledi ve 2.778 onaylanmış ötegezegen tespit etti.
Tarihçe
Fırlatma öncesi geliştirme süreci
Kepler uzay teleskobu, NASA'nın nispeten düşük maliyetli bilim görevlerinden oluşan Discovery Programı'nın bir parçasıydı. Teleskopun yapılışı ve başlangıç operasyonu NASA'nın Jet İtki Laboratuvarı tarafından yönetilirken, Kepler uçuş sisteminin geliştirilmesi Ball Aerospace'e aitti.
Projenin başlatılması, Ocak 2006'daki bütçe kesintileri ve NASA'daki konsolidasyon çalışmaları nedeniyle sekiz ay gecikti. Mart 2006'da mali sorunlar nedeniyle dört ay daha ertelendi. Bu sırada, yüksek kazançlı anten ayda bir gözlem günü pahasına, maliyeti ve karmaşıklığı azaltmak için dengeleme halkası tarafından yönlendirilen tasarımdan, uzay aracının çerçeve şasesine sabitlenmiş bir tasarımla değiştirildi.
Fırlatma sonrası
Ames Araştırma Merkezi; yer sisteminin geliştirilmesi, Aralık 2009'dan itibaren görev operasyonları ve bilimsel veri analizinden sorumluydu. Başlangıçta planlanan ömür süresi 3,5 yıldı, fakat hem yıldızlardan hem de uzay aracından gelen verilerde beklenenden daha fazla gürültü olması, tüm görev hedeflerini yerine getirmek için ek süreye ihtiyaç duyulmasına neden oldu. Başlarda 2012'de görevin 2016'ya kadar uzatılması düşünülüyordu, fakat 14 Temmuz 2012'de uzay aracını yönlendirmek için kullanılan dört reaksiyon kontrol tekerleğinden biri dönmemeye başladı. Görevin tamamlanması, diğer tüm reaksiyon kontrol tekerleklerinin çalışır durumda olması halinde mümkün olacaktı. Ardından 11 Mayıs 2013'te ikinci bir reaksiyon kontrol tekerleği arızalandı, bilim verilerinin toplanmasını engelledi ve görevin devamını tehdit etti.
15 Ağustos 2013 tarihinde NASA, iki arızalı reaksiyon kontrol tekerleğini düzeltme çalışmalarından vazgeçtiklerini duyurdu. Bu, mevcut görevin değiştirilmesi gerektiği anlamına geliyordu, fakat gezegen avının sona ermesi demek değildi. NASA, uzay bilimi topluluğundan, "kalan iki sağlam reaksiyon kontrol tekerleği ve iticiyi kullanarak, potansiyel olarak ötegezegen araması da dahil olmak üzere alternatif görev planları" önermelerini istemişti. 18 Kasım 2013 tarihinde, K2 "İkinci Işık" teklifi duyuruldu. Bu, devre dışı bırakılmış olan Kepler'in daha küçük ve daha soluk kırmızı cüceler etrafındaki yaşanabilir gezegenleri tespit edebilecek şekilde kullanılmasını içeriyordu. 16 Mayıs 2014 tarihinde NASA, K2 görev uzatılmasının onaylandığını duyurdu.
Ocak 2015'e gelindiğinde, Kepler ve ardılı gözlemler yaklaşık 440 yıldız sisteminde, 1.013 doğrulanmış ötegezegen ve ayrıca 3.199 doğrulanmamış gezegen adayı bulmuştu. Kepler'in K2 görevi aracılığıyla dört gezegen doğrulanmıştır. Gökbilimciler Kasım 2013'te Kepler uzay görevi verilerine dayanarak, Samanyolu içinde Güneş benzeri yıldızlar ve kırmızı cücelerin yaşanabilir bölgelerinde 40 milyar kadar kayalık ve Dünya büyüklüğünde ötegezegen olabileceğini tahmin etmişlerdir. Bu gezegenlerden 11 milyar tanesinin Güneş benzeri yıldızların etrafında dönüyor olabileceği tahmin edilmektedir. Bilim insanlarına göre bu türden en yakın gezegen uzaklıkta olabilir.
NASA, 6 Ocak 2015 tarihinde Kepler uzay teleskobu tarafından keşfedilen 1000. doğrulanmış ötegezegeni duyurdu. Yeni doğrulanan ötegezegenlerden dördü, ilgili yıldızlarının yaşanabilir bölgeleri içindeki yörüngede olan ötegezegenlerdir. Bunlardan üçü, Kepler-438b, Kepler-442b ve Kepler-452b, neredeyse Dünya büyüklüğünde ve muhtemelen kayalık; dördüncüsü Kepler-440b ise bir Süper Dünya olarak bilinir. 10 Mayıs 2016 tarihinde NASA, Kepler tarafından bulunan 1.284 yeni ötegezegenin doğrulamasını yaparak, bugüne kadar keşfedilen en büyük ötegezegen keşfini gerçekleştirdi.
Kepler verileri aynı zamanda bilim insanlarının süpernovaları gözlemlemesine ve anlamasına da yardımcı olmuştur. Yapılan ölçümler yarım saatlik aralıklarla toplanmış olduğundan, ışık eğrileri özellikle bu tür astronomik olayların incelenmesi için çok faydalı olmuştur.
30 Ekim 2018'de uzay aracının yakıtının bitmesinin ardından NASA, teleskobun kullanım dışı bırakılacağını duyurdu. Teleskop aynı gün kapatıldı ve dokuz yıllık hizmetine son verildi. Kepler, ömrü boyunca 530.506 yıldızı gözlemledi ve 2.662 ötegezegen keşfetti. 2018 yılında fırlatılan daha yeni bir NASA görevi olan TESS, ötegezegen arayışını sürdürmektedir.
Uzay aracının tasarımı
Teleskopun ağırlığı 1.039 kilogramdır ve 1,4 metrelik (55 inç) bir primer aynayı besleyen, 0,95 metrelik (37,4 inç) ön düzeltici plakaya (mercek) sahip bir Schmidt teleskobunu içerir. fırlatıldığında Dünya yörüngesi dışında herhangi bir teleskop üzerindeki en büyük ayna olmuştur, fakat Herschel Uzay Gözlemevi birkaç ay sonra bu ünvanı almıştır. Teleskopunun 115 derece karelik (deg2) bir görüş alanı (FoV) vardır (yaklaşık 12 derecelik çap) ve bu yaklaşık olarak kol mesafesinde tutulan bir yumruk büyüklüğüne eşittir. Bunun 105 derece karesi bilimsel kalitededir ve %11'den az bir oranda kenar ayrıntısı yitimine sahiptir. Fotometre, keskin görüntüler yerine mükemmel fotometri sağlamak için yumuşak bir odaklama yapar. Görevin hedefi, 6,5 saatlik bir tümleştirme için m(V)=12 Güneş benzeri bir yıldızda 20 ppm'lik birleşik diferansiyel fotometrik hassasiyetti (combined differential photometric precision - CDPP), fakat gözlemler bu hedefin altında kalmıştır.
Yörünge ve yönlendirme
Kepler Dünya yörüngesinde değil ancak Dünya-takipli güneş merkezli yörüngeye sahip olacak böylece Dünya, Kepler'in görüş alanını engellemeyecek ve atmosferden yansıyan ışığıyla aracın ışıkölçer üzerinde bir etkisi olmayacak. Ayrıca bu yörünge, Dünya yörüngesi tarafından oluşabilecek tedirginlik hareketlerine karşı etkisiz kalınmasını sağlayacak ve görüş alanına daha sabit bir bakış sağlanacak. Kuğu ve Şilyak takımyıldızlarının olduğu bölgenin seçilme nedeni ise ışıkölçerin yörüngesinde dolanırken Güneş'in ışığının fazlaca gelebileceği tutulum dairesinden uzak olması ve Kuğu takımyıldızı bölgesi teleskobun bakış açısında Kuiper kuşağı nesneleriyle de engellenmeyecek bir bölge.
Seçimin artı bir yanı ise Kepler'in, Güneş sistemi gökada merkezi etrafında dolanırken yine merkeze neredeyse aynı uzaklıkta bir bölgeye bakacak olması, böylece yıldızların uzaklıkları zamanla fazla yer değiştirmeyecek şekilde gözlem yapılacak.
Görev işlemleri
Kepler görevi Boulder, Colorado'da bulunan Atmosferik ve Uzay Fiziği Laboratuvarı'ndan (:en:LASP) yönetilecek. Güneş panelleri gündönümü ve dönencelerde Güneş'e doğru yöneltilecek ve ısıtma radyatörü ile birlikte en fazla verim alması sağlanacak. LASP ayrıca, görev planlaması ve verilerin elde edilip dağıtılması ile ilgilenecek.
NASA, Kepler ile haftada iki defa komut ve durum güncellemeleri yapmak amacıyla X bandında iletişim kuracak. Bilimsel veriler ayda bir defa Ka bandı kullanılarak, araç ile en fazla 4.33 Megabit/s hızında bağlantı kurularak elde edilecek. Ancak Kepler kendi veri çözümlemelerini yapabilecek yeteneğe sahip bu yüzden sadece uygun görülen verilerin iletimini sağlayarak bant genişliğinde gereksiz trafiği engellemek üzere ayarlandı.
Amaçlar ve yöntemler
Kepler uzay teleskobunun bilimsel amacı, gezegen sistemlerinin yapısını ve çeşitliliğini araştırmaktı. Bu uzay aracı, aşağıda belirtilen bir dizi önemli hedefe ulaşmak için geniş bir yıldız çeşitliliğini gözlemledi:
Birçok farklı spektral tipte yıldızın yaşanabilir bölgesinde veya yakınında (genellikle "Goldilocks gezegenleri" olarak adlandırılan) kaç tane Dünya boyutunda veya daha büyük gezegen olduğunu belirlemek.
Bu gezegenlerin yörüngelerinin büyüklük ve şekil aralığını belirlemek.
Çoklu yıldız sistemlerinde kaç tane gezegen olduğunu tahmin etmek.
Kısa dönemli dev gezegenlerin yörünge büyüklüğü, parlaklık, boyut, kütle ve yoğunluk aralığını belirlemek.
Diğer yöntemleri kullanarak keşfedilen her gezegen sisteminin ek üyelerini belirlemek.
Gezegen sistemlerini barındıran yıldızların özelliklerini belirlemek.
Şimdiye kadar Güneş sistemi dışında keşfedilen birçok gezegen, Jüpiter ve ondan daha büyük boyutlarda olmaktadır. Kepler bunlardan 30 - 600 kat arası daha az kütleli Dünya kütlesine yakın değere sahip gezegenleri saptayabilme amaçlı tasarlandı. Kullanılan teknik ise gökbilim dilinde gezegen geçiş tekniği; bir gezegen yıldız ile gözlemcinin arasından geçerken Dünya benzeri bir gezegen ise 1/1000 (binde bir %0.1) katları oranında bir algılanan ışık azalmasına neden olacaktır. Ulaşan ışık değerindeki bu azalmanın derecesi ölçülerek gezegenin kütlesi, geçişler arası süreler hesaplanarak ise gezegenin yörüngesi ve sıcaklığı hesaplanabilir.
Bir gezegenin yörünge düzleminin gözlemci ile yıldız arasında olabilme olasılığı, yıldızın çapının, gezegenin yörünge dairesinin dolanım merkezine olan uzaklığına bölünerek hesaplanır. Örnek olarak Dünya benzeri bir gezegen, Güneş benzeri bir yıldızdan 1 Astronomik birim uzaklıkta olsun, hesapladığımızda oran 215'te 1 (%0.465)olarak çıkar. 0.72 Astronomik birim uzaklığında (Venüs'e ait yörünge uzaklığı) bu oran daha da artacaktır (%0.65). Ayrıca gezegenlerin bir yıldız etrafında birbirine çok yakın derece paralel yörünge düzlemlerde dolaştığını düşünürsek, keşfedilen bir gezegenin yanında aynı sistemde başka bir gezegenin keşfedilme olasılığı %12 olarak hesaplanabilir.
Kepler Uzay Teleskobunun Dünya benzeri bir gezegeni bulunma şansı Hubble Uzay Teleskobu'na oranla çok daha fazla, çünkü çok daha geniş bir görüş alanına sahip (105 derece kare kadar: insan görüş açısıyla iki elinizi birleştirip en ileriye doğru uzattığınızda gökyüzünü kaplayan alan) ve gezegen geçişlerinin saptanması amaçlı tasarlandı. Hubble Uzay Teleskobu daha farklı, sadece belirli yıldız bölgelerine uzun süre odaklanabilen bir gözlem aracı sadece. Kepler ise aynı anda 100,000'in üzerindeki yıldızı, her 30 dakikadaki ışık değişimlerinin verilerini kaydedebilir araçlara sahip. Bu bizlere bir gezegen geçişi görmemiz için daha büyük bir şans sağlıyor. 215'te 1 olasılık şu anlama geliyor, izlenen bütün yıldızlar Güneş benzeri ve etrafında Dünya benzeri bir gezegen olsun, böylece Kepler'in bunların arasından 465 tanesini bulma şansı olacaktır. Bu yüzden bu görev ayrıca diğer yıldızların etrafındaki Dünya benzeri gezegen bulunma sıklığını da araştırmaya yönelik olacak.
Emin olmamız için, Kepler en az üç gezegen geçiş süreci ve yıldızdaki ışık azalmalarını yakalamalı, ancak büyük gezegenler daha büyük orantıda sinyaller yollayacak olduğundan, ilk keşfedilebilecek gezegenlerin Jüpiter benzeri olması, teleskop yörüngesine yerleşip görevine başladıktan sonra birkaç ay içerisinde bekleniyor. Daha küçük gezegenlerin keşfi ise daha uzun sürelerde, Dünya benzeri olanların ise 3 yıl belki de daha uzun süre alabilme olasılığı var.
Bu görevde elde edilecek veriler ayrıca değişken yıldızların, astrosismoloji araştırmalarında ve Güneş benzeri salınımları araştırmalarında kullanabilecek.
Görev sonuçları
Kepler uzay teleskobu, 2009'dan 2013'e kadar aktif olarak çalıştı ve ilk ana sonuçlar 4 Ocak 2010'da duyuruldu. Beklendiği gibi ilk keşiflerin hepsi kısa dönemli gezegenlerdi. Görev devam ettikçe daha uzun dönemli ek adaylar bulundu. Kasım 2018 itibarıyla Kepler, 2.662 onaylanmış ötegezegen ve 5.011 ötegezegen adayı keşfetti. Temmuz 2023 itibarıyla, 2.778 ötegezegen onaylanmış durumdadır ve 1.984 ötegezegen adayının onaylanması bekleniyor.
Görev durumu
Kepler 2009 yılında fırlatıldı. Ötegezegenlerin bulunmasında çok başarılı oldu, fakat 2013 yılında dört reaksiyon kontrol tekerleğinin ikisinde meydana gelen arızalar, süresi uzatılan görevi sekteye uğrattı. Çalışır durumda üç kontrol tekerleği olmadan teleskop doğru bir şekilde yönlendirilemiyordu. NASA, 30 Ekim 2018 tarihinde uzay aracının yakıtının tükendiğini ve görevinin resmi olarak sona erdiğini duyurdu.