Kepler – NASA:n avaruusteleskooppi ja eksoplaneettojen etsintä

Kepler — NASA:n avaruusteleskooppi etsii Maan kaltaisia eksoplaneettoja. Tutki löytöjä, menetelmiä ja mielenkiintoisia tuloksia Kepler-missiosta.

Kepler on NASA:n avaruusobservatorio, jonka tarkoituksena on löytää Maan kaltaisia planeettoja, jotka kiertävät muita tähtiä. Avaruusalus, joka on nimetty 1600-luvun saksalaisen tähtitieteilijän Johannes Keplerin kunniaksi, laukaistiin 7. maaliskuuta 2009. Se on ollut toiminnassa 11 vuotta, 2 kuukautta ja 17 päivää 24. toukokuuta 2020 mennessä.

Kepler-missio on "erityisesti suunniteltu tutkimaan osaa Linnunradan alueestamme löytääkseen kymmeniä Maan kokoisia planeettoja asumiskelpoisella vyöhykkeellä tai sen läheisyydessä ja selvittääkseen, kuinka monella galaksimme miljardeista tähdistä on tällaisia planeettoja". Se toimii peittämismenetelmällä. Fotometri seuraa jatkuvasti yli 145 000 pääjaksotähden kirkkautta kiinteässä näkökentässä. Tiedot lähetetään Maahan ja analysoidaan. Tarkoituksena on löytää isäntätähtensä edessä kulkevien ekstrasolaaristen planeettojen aiheuttamia jaksottaisia himmennyksiä. Tammikuussa 2013 ehdokkaita on yhteensä 2 740.

Kepler on osa NASAn Discovery-ohjelmaa, joka käsittää suhteellisen edullisia ensisijaisia tieteellisiä tehtäviä. Teleskoopin rakentamisesta ja ensimmäisestä käytöstä vastasi NASAn Jet Propulsion Laboratory. Aluksi tehtävän kesto oli 3,5 vuotta. Vuonna 2012 sitä pidennettiin vuoteen 2016 osittain siksi, että avaruusaluksen keräämän valtavan tietomäärän käsittelyssä ja analysoinnissa oli vaikeuksia.

Päivitys ja laajennus – mitä Kepler todellisuudessa teki

Alkuperäisen tehtävän aikana (2009–2013) Kepler tarkkaili jatkuvasti yhtä alueellista näkökenttää Linnunradan suunnassa (pääosin Cygnus–Lyra -alueet), ja sen data tuotti tuhansia eksoplaneettaehdokkaita. Vuonna 2012–2013 useampi liikeratas (reaction wheel) vaurioitui, mikä teki tarkasta jatkuvasta virityksestä mahdotonta alkuperäisessä muodossaan. NASA kuitenkin kehitti uuden toimintatavan, jota kutsuttiin K2‑missioksi: avaruusalus hyödynsi aurinkopaineen vaikutusta ja jäljellä olevia laitteita tehdäkseen suunnattuja havaintoja eri taivaanalueista. Näin Kepler jatkoi havaintoja eri katselualueilla vuodesta 2014 vuoteen 2018 saakka.

Tekniset tiedot ja toimintaperiaate

Tärkeimmät tekniset tiedot: Keplerin peili on noin 0,95 metrin läpimittainen ja sen fokuskentässä on suuri CCD‑kennojen muodostama mosaikki (kymmeniä kennoja, satoja miljoonia pikseleitä). Teleskoopin näkökenttä oli alkuperäisessä tehtävässä erittäin laaja (~115 neliöastetta), mikä mahdollisti yli 145 000 tähden samanaikaisen seuraamisen. Suunnittelun tavoitteena oli erittäin tarkka fotometria: pieniä, lyhytaikaisia kirkkauden laskuja (transitteja) pystytään havaitsemaan myös Maan kaltaisten planeettojen aiheuttamina.

Toimintaperiaate: Kepler käyttää peittämismenetelmää (transit photometry). Kun planeetta kulkee isäntätähtensä ja havainnoijan välissä, tähti himmenee hieman. Toistuvien himmennysten havaitseminen ja niistä johdettavat parametrit (periodi, himmennys­suurus, transitin kesto) antavat tietoa planeetan koosta, radasta ja mahdollisesta asumiskelpoisuudesta. Tiedot lähetetään Maahan ja analysoidaan, ja monet löydöt vaativat seuranta­havaintoja ja tilastollista vahvistusta hyväksyttäviksi eksoplaneetoiksi.

Löydöt, merkitys ja arkistointi

Keplerin ja sen K2‑jatkumon datasta on tunnistettu useita tuhansia eksoplaneettaehdokkaita ja yli 2 600 vahvistettua eksoplaneettaa, mikä on muuttanut käsitystämme galaktisesta planeettatiheydestä. Kepler löysi muun muassa useita Maan kokoisia ja pienempiä planeettoja sekä täysin uusia planeettajärjestelmien tyyppejä. Tunnettuja esimerkkejä ovat mm. Kepler‑22b (miltei ensimmäisiä asumiskelpoisella radialla ehdotettuja löytöjä), Kepler‑186f (Maan kokoinen planeetta asumiskelpoisuushallin läheisyydessä) ja Kepler‑452b (pitkään kiinnostusta herättänyt pitkäperiodinen planeetta).

Keplerin tulokset ovat auttaneet arvioimaan, kuinka yleisiä planeetat ovat Linnunradassa (ml. Maan kaltaiset planeetat tähtien asuttavilla vyöhykkeillä) ja ne ovat luoneet perustan nykyiselle eksoplaneettatutkimukselle. Keplerin data on julkisesti saatavilla ja sitä hyödyntävät sekä tutkimusryhmät että kansalais­tiedettä tekevät ryhmät kuten Planet Hunters. Aineistot ovat arkistoituina mm. NASA:n ja muiden instrumenttien arkistoissa, ja löytöjä ylläpidetään eksoplaneetta‑arkistoissa.

Tehtävän loppu ja perintö

Vaikka Keplerin alkuperäinen 3,5 vuoden tehtävä venyi, avaruusaluksen toiminta päättyi lopulta vuonna 2018, kun polttoainetta ja/tai ohjausresursseja ei enää ollut riittävästi operointiin. Keplerin havainnot vaikuttavat kuitenkin edelleen: monet löydöt vahvistettiin vasta vuosien analyysin jälkeen, ja Keplerin perintö näkyy uusissa missioissa ja suunnitelmissa, jotka jatkavat eksoplaneettojen etsintää ja luonnehdintaa.

Yhteenveto: Kepler muutti pysyvästi ymmärrystämme galaksimme planeettavalikoimasta. Sen laajat ja tarkat valosumut‑havainnot ovat paljastaneet, että planeettoja on runsaasti – mukaan lukien monia potentiaalisesti Maan kaltaisia kappaleita asumiskelpoisilla radoilla. Keplerin datasetti on edelleen yksi astronomian tärkeimmistä resursseista.

Kysymyksiä ja vastauksia

Q: Mikä on Kepler?

K: Kenen mukaan avaruusalus on nimetty?

K: Milloin se laukaistiin?

K: Kuinka kauan se oli aktiivinen?

K: Mikä on tehtävän tarkoitus?

K: Miten se toimii?

K: Kuinka monta ehdokasta on tähän mennessä löydetty?

Hae kirjaimella