تلسكوب كبلر الفضائي: صياد الكواكب الخارجية الأصلية

كان تلسكوب كبلر الفضائي التابع لناسا مرصدًا في الفضاء مخصصًا للعثور على كواكب خارج نظامنا الشمسي ، مع التركيز بشكل خاص على العثور على الكواكب التي قد تشبه الأرض. كان المرصد في الخدمة لمدة تقل عن تسع سنوات ، من إطلاقه في مارس 2009 إلى إيقاف تشغيله في 15 نوفمبر 2018.



وداعًا يا كبلر: ناسا تغلق تلسكوب فضائي غزير الإنتاج لصيد الكواكب



منذ إطلاق كبلر ، اكتشف علماء الفلك الآلاف من الكواكب خارج الطاقة الشمسية ، أو الكواكب الخارجية من خلال هذا المنظار وحده. معظمهم من الكواكب التي تتراوح بين حجم الأرض و نبتون (وهي أربعة أضعاف حجم الأرض). تم اكتشاف العديد من هذه الكواكب في منطقة من الكوكبة البجعة حول حجم كف اليد التي تم إمساكها بطول الذراع ، حيث تم توجيه كيبلر خلال السنوات الأربع الأولى من مهمتها.

اعتبارًا من نوفمبر 2020 ، كان لكبلر الفضل في اكتشاف 2392 كوكبًا خارجيًا ، مع وجود 2368 كوكبًا مرشحًا في انتظار التأكيد ، وفقًا لـ أرشيف ناسا خارج المجموعة الشمسية . استمرت المهمة إلى ما بعد تاريخ انتهائها المحدد ، على الرغم من أن المشكلات الميكانيكية في عام 2013 أجبرت مديري البعثة على إنشاء مهمة 'K2' معدلة استخدم فيها كيبلر ضغط ضوء الشمس لتثبيت نفسه ، وتحويل وجهة نظره إلى مناطق مختلفة من السماء.



باستخدام بيانات عبور تلسكوب كبلر للكوكب ب ، توقع العلماء أن الكوكب الثاني ج ، حول كتلة زحل ، يدور حول النجم البعيد KOI-872. يقدم هذا البحث ، الذي يقوده معهد ساوث ويست للأبحاث ومركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية ، دليلاً على ترتيب منظم للكواكب التي تدور حول KOI-872 ، لا يختلف عن نظامنا الشمسي.

قدمت أبحاث تلسكوب كبلر دليلاً على ترتيب منظم للكواكب لا يختلف عن نظامنا الشمسي الذي يدور حول نجم يسمى KOI-872.(رصيد الصورة: معهد ساوث ويست للأبحاث)

كيف بدأ كبلر بدايته

كان كيبلر من بنات أفكار عالم ناسا وليام جيه بوروكي ، الذين عملوا على أدوات العلوم لـ برنامج أبولو . ابتداءً من عام 1983 ، بدأ بوروكي الدعوة داخل وكالة ناسا لمهمة من شأنها البحث عن الكواكب الخارجية من خلال مراقبة عمليات العبور - وهي الأحداث التي يمر فيها كوكب أمام نجمه كما يُرى من وجهة نظر الأرض. رفضت وكالة ناسا مفهوم بوروكي أربع مرات ، حيث طالبت الوكالة بالعديد من الأدلة على أن المهمة كانت مجدية تقنيًا وماليًا. وافقت وكالة ناسا أخيرًا على المهمة في عام 2001.



كان كبلر جزءًا من برنامج ديسكفري التابع لوكالة ناسا ، والذي يمول المركبات الفضائية منخفضة التكلفة لاستكشاف النظام الشمسي. تم اختيار Kepler في نفس الوقت الذي تم فيه اختيار فجر ، وهي مركبة فضائية زارت العوالم الصغيرة Vesta و سيريس .

في محاضرة في معهد كارل ساجان بجامعة كورنيل ، أوضح بوروكي قائلاً: 'ينظر [كبلر] إلى أكثر من 170000 نجم في وقت واحد ، باحثًا عن الكواكب التي تعبر نجمها وتحجب بعض الضوء. من خلال حجب هذا الضوء يمكننا معرفة حجم الكوكب مقارنة بالنجم ، وعندما يتكرر يمكننا تحديد الفترة المدارية. من قانون كبلر الثالث يمكننا استنتاج مدى بعد الكوكب عن النجم. ومن خلال النظر إلى خصائص النجم ، يمكننا معرفة مدى سخونة هذا الكوكب.

اقرأ المزيد: كشف عالم الفلك يوهانس كبلر عن أسرار حركة الكواكب



ينص قانون كبلر الثالث ، الذي سمي على اسم عالم الفلك يوهانس كيبلر (1571-1630) ، على أنه إذا كنت تعرف طول سنة الكوكب (الفترة المدارية) وكتلة نجمه الأم ، فيمكنك حساب متوسط ​​المسافة بينه وبين النجم.

تتمثل إحدى القوى الخارقة لتلسكوب كيبلر الفضائي في قدرته على قياس سطوع نجم بنسبة ضئيلة للغاية. هذا القياس الضوئي الدقيق ضروري لالتقاط التعتيم الصغير الذي يسببه كوكب أمام نجمه. على سبيل المثال ، يحجب مرور المشتري أمام الشمس حوالي 1٪ من ضوء الشمس ؛ كتل الأرض أقل من 0.01٪.

في السنوات الأولى من البحث عن الكواكب الخارجية ، كان علماء الفلك قادرين بشكل أفضل على العثور على عمالقة الغاز العملاقة - حجم كوكب المشتري وأكبر - كانت كامنة بالقرب من نجمهم الأم. إن إضافة مقياس الضوء الحساس لكبلر (بالإضافة إلى البحث الأكثر تعقيدًا للكواكب من الأرض) يعني أن علماء الفلك قد عثروا على المزيد من 'الكواكب الأرضية الفائقة' ، أو الكواكب التي تكون أكبر قليلاً من الأرض ولكن لها سطح صخري. تسمح اكتشافات كبلر أيضًا لعلماء الفلك بالبدء في تجميع الكواكب الخارجية في أنواع ، مما يساعد في فهم أصولها.

حقل مكون من 4.5 مليون نجم من خلال عرض تلسكوب مجزأ - صور مستطيلة لنجوم مرتبة في حقل أسود. افتتح تلسكوب كبلر الفضائي

(رصيد الصورة: ناسا / أميس / ج. جينكينز)

المهمة الأساسية

تم إطلاق تلسكوب Kepler بقيمة 600 مليون دولار في عام 2009 مع توقع أنه سيعمل لمدة عام.

في الأيام الأولى ، كان جزء مهم من عمليات كبلر هو القضاء على الإيجابيات الكاذبة. نظرًا لأن التعتيم الظاهر للنجوم يمكن أن يحدث أيضًا من خلال وسائل أخرى غير عبور الكواكب الخارجية (على سبيل المثال ، بسبب التباين الطبيعي للنجم ، أو نقاط النجوم ، أو نجم آخر أو زوج من النجوم في مكان ما في نفس خط البصر) ، تم تأكيد كل كوكب مرشح من خلال أخرى التلسكوبات ، بشكل عام عن طريق قياس 'تذبذب' الجاذبية الذي يظهره النجم استجابةً لكوكب دوار.

لكن مهمة كبلر الأصلية لم تكن تحديد الكواكب الخارجية الفردية بقدر ما كانت تتمثل في إجراء إحصاء لأكبر عدد ممكن من النجوم وتقدير النسبة المئوية للنجوم التي تستضيف الكواكب.

لذلك ، مع تراكم خبرة كبلر ، تم إدخال الأساليب الإحصائية في اللعب. على سبيل المثال ، في فبراير 2014 ، ابتكر علماء الفلك تقنية جديدة تسمى 'التحقق بالتعددية' ، والتي تميز أنظمة الكواكب المتعددة عن أنظمة النجوم المتعددة ، وبالتالي تجد العديد من الكواكب الخارجية في وقت واحد. من خلال هذه التقنية ، كشف الفريق النقاب عن 715 كوكبًا مؤكدًا في إصدار واحد ، مما يجعل أكبر مجموعة من الكواكب في إعلان واحد حتى ذلك الوقت.

متعلق ب: المعرض: عالم من كواكب كبلر

تمت الموافقة على كيبلر بما يتجاوز طول مهمتها الأصلية وكانت تعمل بشكل جيد حتى مايو 2013 ، عندما فشلت ثانية من عجلات التفاعل الأربعة أو الجيروسكوبات. يحتاج التلسكوب إلى ثلاثة من هذه الأجهزة على الأقل ليظل موجهًا في الاتجاه الصحيح. في ذلك الوقت ، قالت ناسا إن التلسكوب لا يزال في حالة جيدة بخلاف ذلك ، وبحثت في أفكار مهمة بديلة للأجهزة.

يضيء نجم خلف تلسكوب كبلر الفضائي شبه المظلل ، وهو جسم أسطواني تقريبًا مع نتوءات في النهاية الأبعد عن العارض. في المسافة ، كوكب أزرق صغير.

رسم توضيحي لفنان لتلسكوب كبلر الفضائي التابع لوكالة ناسا للبحث عن الكواكب الخارجية.(رصيد الصورة: ناسا)

مهمة جديدة

في غضون بضعة أشهر ، توصلت الوكالة إلى مهمة جديدة للتلسكوب الفضائي أطلقت عليها اسم K2. سوف تستخدم البعثة الشمس الرياح الشمسية لتثبيت التلسكوب لعدة أشهر في كل مرة. بعد ذلك ، حوالي أربع مرات في السنة ، يتحول التلسكوب ، الذي يبلغ طوله حوالي 15 قدمًا (4.7 مترًا) وقطره 9 أقدام (2.7 مترًا) ، إلى مجال رؤية مختلف عندما تقترب الشمس جدًا من مستشعراتها.

متعلق ب: مركبة الفضاء كبلر التابعة لوكالة ناسا والمطاردة للكواكب تقترب من مهمة جديدة

في يوليو 2015 ، عندما استقرت المهمة الجديدة على الروتين ، تقاعد بوروكي ، الذي كان لا يزال الباحث الرئيسي في ذلك الوقت ، بعد 53 عامًا من الخدمة في وكالة ناسا ، وفقًا لـ وكالة .

في حين أن وتيرة اكتشاف الكواكب كانت أقل مع المهمة الجديدة ، استمرت الاكتشافات الجديدة. في يناير 2016 ، أعلنت وكالة ناسا عن اكتشاف أكثر من 100 كوكب جديد بناءً على ملاحظات K2. قال إيان كروسفيلد ، عالم الفلك في جامعة أريزونا ، خلال الاجتماع السنوي للجمعية الفلكية الأمريكية ، والذي تم خلاله الإعلان عن الاكتشاف: `` هذا إثبات لقدرة برنامج K2 بأكمله على العثور على أعداد كبيرة من الكواكب الحقيقية والحقيقية ''.

متعلق ب: يعود كبلر التابع لناسا مجددًا مع 100 اكتشاف جديد لكواكب خارج المجموعة الشمسية

فحص كبلر TRAPPIST-1 النظام - الذي من المحتمل أن يحتوي على كواكب متعددة بحجم الأرض - بين ديسمبر 2016 ومارس 2017. في فبراير ، أعلن فريق آخر من علماء الفلك أنه تم العثور على المزيد من الكواكب بحجم الأرض. أصدر علماء كبلر بعد ذلك البيانات الأولية من ملاحظاتهم TRAPPIST-1 لفرق أخرى لتحليلها ، إذا كانوا مهتمين.

في فبراير 2018 ، أصدرت وكالة ناسا إصدارًا آخر لبيانات كبلر حول 95 كوكبًا جديدًا تم العثور عليها خلال مهمة K2. كان أحد تلك الكواكب يدور حول نجم لامع ، مما يجعله مرشحًا سهلاً للمتابعة بواسطة مرصد أرضي.

مقارنة بين الأرض وكبلر -1649 سي ، وهو كوكب خارج المجموعة الشمسية فقط 1.06 مرة من الأرض

كان Kepler-1649c أحد الكواكب التي حددها تلسكوب كبلر ، وهو كوكب خارج المجموعة الشمسية فقط 1.06 مرة من نصف قطر الأرض. اكتشف العلماء هذا الكوكب في عام 2020 أثناء تحليل الملاحظات القديمة من كبلر ، التي تقاعدت في عام 2018.(رصيد الصورة: NASA / Ames Research Center / Daniel Rutter)

الاكتشافات الكبرى

بفضل كبلر ، نعرف الآن مدى شيوع وجود كواكب في النجوم الأخرى.

كل نجم له كوكب. قال نيك غوتييه ، عالم مشروع كبلر السابق ، إن هذه مشكلة كبيرة ، ولم يتم تقديرها من قبل كيبلر بيان تم إطلاقه عندما توقف التلسكوب عن العمل.

على مدار السنوات السبع الأولى من عمليات Kepler و K2 ، أصدرت وكالة ناسا عشرين نشرة صحفية الإعلان عن الكواكب الخارجية المكتشفة حديثًا ، غالبًا على دفعات كبيرة.

في يونيو 2017 ، جاء الإصدار النهائي للبيانات من مهمة كيبلر الأساسية. تم تعزيز الاكتشافات الكوكبية المؤكدة لكبلر إلى 2335. بما في ذلك الكواكب المحتملة ، بلغ العدد الإجمالي 4034.

متعلق ب: يعثر تلسكوب كبلر الفضائي التابع لناسا على مئات الكواكب الخارجية الجديدة ، ويزيد عددها الإجمالي إلى 4034

انتهى الأمر بمهمة K2 إلى أن استمرت المهمة الأساسية ، ورفعت العدد الإجمالي لنجوم كيبلر الذين شملهم الاستطلاع إلى أكثر من 500000 ، وفقًا لـ بيان صحفي لوكالة ناسا .

ومن الإنجازات الرئيسية الأخرى اكتشاف التنوع الهائل لأنظمة الكواكب الموجودة هناك. يمكن أن توجد أنظمة الكواكب في ترتيبات مضغوطة داخل حدود ما يعادل مدار عطارد. يمكنهم حتى أن يدوروا حول نجمين ، مثل Tatooine في حرب النجوم كون. وفي اكتشاف مثير لأولئك الذين يبحثون عن الحياة خارج الأرض ، كشف التلسكوب أن الكواكب الصخرية الصغيرة المشابهة للأرض أكثر شيوعًا من عمالقة الغاز الأكبر مثل كوكب المشتري.

متعلق ب: تم استبعاد 'الهيكل الفضائي العملاق' بسبب تعتيم غريب للنجوم

فنان

رسم فنان لتلسكوب كبلر الفضائي طويل العمر وبعض الكواكب التي اكتشفها خلال عقده القريب في الفضاء.(رصيد الصورة: ناسا)

من بين العوالم الغريبة الأخرى التي اكتشفها التلسكوب Kepler-62e و Kepler-62f - وهما عالمان مائيان يحتمل أن يكون لهما محيط عالمي ، على عكس الأرض ، التي تحتوي على جزء كبير من الأراضي الجافة. الكواكب على بعد حوالي 1200 سنة ضوئية في كوكبة ليرا وهي قريبة من حجم الأرض.

كشفت ملاحظات كبلر طويلة المدى للنجم KIC 8462852 ، المعروف أيضًا باسم 'نجمة Tabby' ، عن نمط غريب من التعتيم والسطوع. لا يزال علماء الفلك يحاولون معرفة طبيعة التغيرات غير العادية في السطوع ، والتي تُنسب إلى أي شيء من المذنبات إلى حلقة غير متساوية من الغبار ، وحتى هيكل فضائي ضخم.

متعلق ب: كبلر ناسا الذي يصطاد الكواكب يتصدى لغموض 'الأخوات السبع' في الثريا

تم استغلال حساسية كبلر الكبيرة للسطوع المتغير للنجوم من أجل الثريا ، مجموعة النجوم المعروفة التي لا تبعد سوى 400 سنة ضوئية ويمكن رؤيتها بالعين المجردة. قدمت ملاحظات كبلر أفضل تتبع لتقلباتها حتى الآن. كما تم توفير التلسكوب قياسات جديدة لانفجار النجوم و موجات صوتية داخل النجوم .

نهاية المهمة

تم إطلاق كيبلر بثلاثة جالونات (12 كيلوجرامًا) من الهيدرازين في خزان الوقود. يعمل الوقود على دفع الدافعات التي تساعد في تصحيح الانجراف وإجراء مناورات كبيرة ، بما في ذلك الإشارة إلى مجالات رؤية جديدة وتوجيه أجهزة الإرسال إلى الأرض لربط البيانات العلمية واستقبال الأوامر. نظرًا لأن Kepler ليس لديها مقياس دقيق لخزان الوقود الخاص بها ، يمكن للمهندسين فقط تقدير وقت نفاد الوقود.

في مارس 2018 ، أعلنت وكالة ناسا أنها تتوقع أن يجف خزان وقود المركبة الفضائية في الأشهر التالية. بعد أكثر من سبعة أشهر بقليل ، في 30 أكتوبر ، أكدت ناسا أن غاز كبلر نفد. أرسل المهندسون أمرًا أخيرًا بـ 'ليلة سعيدة' وبشكل رسمي سحب المركبة الفضائية من الخدمة في 15 نوفمبر 2018 - بالصدفة الذكرى 388 لوفاة يوهانس كيبلر.

متعلق ب: تم الانتهاء من تلسكوب كبلر الفضائي لصيد الكواكب التابع لناسا. ماذا سيحدث لها؟

على الرغم من عدم نشاطه ، سيستمر كبلر في مداره حول الأرض حول الشمس ، مروراً بجوار الأرض (على مسافة آمنة) في عام 2060 ومرة ​​أخرى في عام 2117.

تم الاستيلاء على دور كبلر باعتباره التلسكوب الفضائي الرائد لصيد الكواكب الخارجية من قبل القمر الصناعي Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) ، والذي تم إطلاقه في 18 أبريل 2018 وأكمل مهمته الأساسية في 11 أغسطس 2020 قبل بدء مرحلة مهمة ممتدة. بينما كانت مهمة كبلر إحصائية في المقام الأول - لاكتشاف ما إذا كانت الكواكب الخارجية بحجم الأرض شائعة - تم تصميم TESS لتحديد أنظمة الكواكب الخارجية المحددة التي يجب فحصها بشكل أكبر.

مصادر إضافية:

تم تحديث هذه المقالة في 26 كانون الثاني (يناير) 2021 بواسطة مساهم Steve Fentress في موقع guesswhozoo.com