6 marta 2009 goda v kosmos byl vyveden sputnik s teleskopom "Kepler" na bortu. Zadachi, postavlennye pered missiei, unikal'ny: teleskop budet iskat' v kosmose planety, pohozhie na Zemlyu. Eto proekt Amerikanskogo aerokosmicheskogo agentstva (NASA) stoimost'yu v 600 mln. dollarov, i rasschitan na tri-chetyre goda. Svoe naimenovanie sputnik poluchil v chest' velikogo nemeckogo uchenogo Ioganna Keplera (1571–1630).

Vekovoe stremlenie chelovechestva naiti miry, pohozhie na Zemlyu, rezko aktivizirovalos' iz-za otkrytiya mnozhestva ekzoplanet u drugih zvezd, za poslednie gody. K nastoyashemu vremeni uzhe otkryto bolee trehsot ekzoplanet treh tipov: gazovye giganty, goryachie super-Zemli s korotkim periodom orbital'nogo vrasheniya i ledyanye giganty. Poslednyuyu informaciyu o sostoyanii del, a takzhe dannye o vseh harakteristikah obnaruzhennyh planet mozhno naiti na resursah Extrasolar Planets Encyclopedia, New Worlds Atlas i na russkoyazychnom saite Planetnye sistemy. Osnovnaya zadacha missii zaklyuchaetsya v poiske planet zemnoi gruppy (t. e. s razmerom ot poloviny do dvuh radiusov Zemli), osobenno teh, chto nahodyatsya v obitaemoi zone svoei zvezdy, gde voda mozhet nahodit'sya v zhidkom sostoyanii, i, v principe, mozhet sushestvovat' zhizn'.

Missiya Kepler sozdana special'no dlya obsledovaniya blizkih okrestnostei Mlechnogo Puti s cel'yu soten zemlepodobnyh planet i opredeleniya u skol'kih iz milliardov zvezd v nashei Galaktike imeyut takie planety. Rezul'taty etoi missii pozvolyat ponyat' kakoe mesto zanimaet nasha Solnechnaya sistema v semeistve planetnyh sistem Galaktiki v celom.

Nauchnye celi missii Kepler

Kosmicheskii apparat Kepler sozdavalsya dlya izucheniya vsego raznoobraziya vozmozhnyh planetnyh sistem. A dlya etogo neobhodimo provesti nablyudeniya bol'shoi vyborki zvezd. Pered nim stavilis' sleduyushie zadachi:

• opredelenie doli planet zemnogo tipa i planet-gigantov v predelah i vblizi zony obitaniya dlya zvezd raznyh spektral'nyh klassov;
• opredelenie planet po razmeram i parametram orbit;
• proyasnit' vozmozhnost' sushestvovaniya planet u kratnyh zvezdnyh sistem;
• opredelit' diapazon razmerov orbit i otrazhatel'nyh sposobnostei planet;
• poluchit' ocenki razmerov, mass i plotnostei korotkoperiodichnyh planet-gigantov;
• popytat'sya naiti vtorye i tret'i planety u zvezd s obnaruzhennymi planetnymi sistemami;
• utochnit' parametry teh zvezd, u kotoryh obnaruzheny planetnye sistemy.

Rezul'taty missii Kepler budut imet' vazhneishee znachenie dlya budushih kosmicheskih proektov NASA - Space Interferometry Mission (SIM) i Terrestrial Planet Finder (TPF). Analiz obshih harakteristik zvezd, imeyushih planety, obnaruzhennyh Keplerom, sozdast horoshii zadel dal'neishih poiskov planet.

Risunok 1. Izobrazhenie Solnca v luchah H-α. Sleva pokazano kak vyglyadit tranzit (prohozhdenie) Yupitera po disku Solnca dlya vneshnego nablyudatelya, sprava - prohozhdenie malen'koi Zemli . (Risunki NASA)

Chto soboi predstavlyaet tranzitnyi metod obnaruzheniya planet?

Kogda planeta peresekaet disk svoei zvezdy, to takoe sobytie nazyvaetsya tranzitom. (Dlya planet Solnechnoi sistemy obychno ispol'zuetsya termin "prohozhdenie".) Tranzit planet zemnogo tipa vyzyvaet ochen' nebol'shie izmeneniya v yarkosti zvezdy - primerno 0.01% ot znacheniya yarkosti zvezdy, pri etom prodolzhitel'nost' sobytiya sostavlyaet ot 2 do 16 chasov. Eto izmenenie bleska, esli ono vyzvano prohozhdeniem imenno planety, dolzhno byt' strogo periodicheskim, t.e. povtoryat'sya na kazhdom oborote ekzoplanety. Krome togo, vse tranzity odnoi i toi zhe planety dolzhny vyzyvat' odinakovye izmeneniya yarkosti i byt' odinakovoi prodolzhitel'nosti. Tol'ko takie usloviya mogut obespechit' nadezhnost' obnaruzheniya planety.

Posle togo kak budet obnaruzhena planeta, mozhno vychislit' razmer ee orbity (znaya period obrasheniya, massu zvezdy i ispol'zuya tretii zakon Keplera). Razmer planety opredelyaetsya po glubine tranzita (po umen'sheniyu bleska zvezdy pri prohozhdenii ekzoplanety) i razmeru zvezdy. Znaya razmery orbity i temperaturu zvezdy mozhno ocenit' temperaturu planety. I uzhe ishodya iz etogo otvetit' na vopros o tom, mozhet li byt' planeta obitaemoi.

Risunok 2. Pokazany blizhaishie k Solncu okrestnosti nashei Galaktiki, kotorye budut izuchat'sya teleskopom Kepler; raspredelenie molodyh zvezdnyh skoplenii, oblastei ionizirovannogo vodoroda (HII) i neitral'nogo vodoroda(HI) opredelyayut rukava Galaktiki. Teleskop budet nepreryvno napravlen v odno mesto - v raione sozvezdii Lebed' i Lira. Kazhdyi kvadratik pokazyvaet oblast' na nebe, kotoruyu pokryvaet kazhdyi iz 42 CCD-elementov fotometra teleskopa. (Izobrazhenie NASA)

Tranzity planet proishodyat tol'ko esli ploskost' orbity planety ochen' blizka k luchu zreniya nablyudatelya. Veroyatnost' etogo ravna otnosheniyu diametra zvezdy k diametru orbity. Eta velichina sostavlyaet vsego 0,5% dlya planety zemnogo tipa obrashayusheisya vokrug zvezdy tipa Solnca. Dlya blizkih planet-gigantov ("goryachih yupiterov") veroyatnost' uzhe vyshe – bolee 10%.

Dlya togo, chtoby mozhno bylo obnaruzhit' mnogo planet, neobhodimo pronablyudat' tysyachi zvezd, dazhe esli zemlepodobnye planety u nih – yavlenie obychnoe. Esli zhe oni vstrechayutsya redko, to neobhodimoe chislo nablyudaemyh zvezd dolzhno byt' sushestvenno uvelicheno. V programmu nablyudenii teleskopa Kepler vklyucheno okolo 100 000 zvezd, chtoby poluchennyi rezul'tat (dazhe esli on okazhetsya nulevym) byl by znachimym. No skoree vsego teleskop Kepler smozhet obnaruzhit' sotni planet Zemnogo tipa.

Esli my hotim naiti planety v obitaemoi zone, to promezhutok mezhdu tranzitami dolzhen sostavlyat' priblizitel'no odin god (vse ocenki stroyatsya na primere Zemli i Solnca). Dlya nadezhnosti vyyavleniya nuzhno zafiksirovat' po krainei mere neskol'ko tranzitov odnoi i toi zhe planety. Takim obrazom, prodolzhitel'nost' missii dolzhna byt' ne menee treh s polovinoi let.

Risunok 3. Fotometr teleskopa Kepler. (Izobrazhenie NASA)

Instrumentom teleskopa Kepler, prednaznachennym dlya nablyudeniya planet yavlyaetsya fotometr s 0.95-metrovoi aperturoi (pri etom pervichnoe zerkalo teleskopa imeet diametr 1.4 metra) i s ochen' bol'shim polem zreniya – 105 kvadratnyh gradusov. Bol'shoe pole zreniya neobhodimo, chtoby mozhno bylo odnovremenno nablyudat' mnogo zvezd. Diametr teleskopa dolzhen byt' dostatochno bol'shim, chtoby umen'shit' fonovyi shum, chtoby mozhno izmerit' nebol'shie izmeneniya v yarkosti pri tranzite planety zemnogo tipa.

V fokal'noi ploskosti teleskopa raspolozhena mozaika, sostoyashaya iz 42 CCD-priemnikov obshei ploshad'yu v 95 megapikselei. Dlya sravneniya, samaya bol'shaya astronomicheskaya matrica, ispol'zuemaya na Zemle, soderzhit 10 megapikselei. Polosa propuskaniya priemnika sostavlyaet 430-890 nm. Predpolagaetsya, chto budut nablyudat'sya zvezdy s 9-i po 16-yu zvezdnuyu velichinu. Teleskop budet nepreryvno napravlen v raion sozvezdii Lebed' i Lira.

Missiya rasschitana na 3,5 goda, no mozhet byt' prodlena do 6 let, esli dlya etogo vozniknet neobhodimost'. Naprimer, esli budut polucheny dannye o vozmozhnom sushestvovanii planet s bol'shimi orbital'nymi periodami. Ili iz-za bol'shoi peremennosti zvezd na korotkom intervale okazhetsya slozhno vydelit' signal, kotoryi podtverdit sushestvovanie planety.

Ozhidaemye rezul'taty

Pervye rezul'taty uzhe mozhno budet poluchit' cherez neskol'ko mesyacev posle zapuska, kogda teleskop smozhet obnaruzhit' planety-giganty s ochen' korotkimi orbital'nymi periodami, do neskol'kih dnei.

V techenie pervogo goda nablyudenii est' nadezhda naiti planety s orbitami kak u Merkuriya i periodami v neskol'kih mesyacev.

Obnaruzhenie planet zemnogo razmera na rasstoyanii v odnu astronomicheskuyu edinicu ot zvezdy (kak Zemlya) potrebuet prakticheski polnogo predpolagaemogo sroka missii.

Dlya drugih rezul'tatov uzhe potrebuyutsya vse 3.5-4 goda nablyudenii. K nim otnosyatsya: obnaruzhenie planet tipa Merkurii s korotkimi orbital'nymi periodami i otkrytie planet-gigantov po periodicheskim modulyaciyam vidimoi yarkosti zvezdy za schet sveta, otrazhennogo ot planety.

Naibolee ozhidaemymi otkrytiyami yavlyayutsya obnaruzhenie planet zemnyh razmerov u solnce-podobnyh zvezd v obitaemoi zone. Hotya, esli budet naideno malo takih planet ili dazhe ne naideno vovse, to sam fakt ih otsutstviya takzhe budet imeet bol'shoe znachenie, poskol'ku eto privedet k vyvodu o tom, chto planety zemnogo tipa redki, i togda predstavleniya o proishozhdenii Zemli dolzhny budut peresmotreny.

Vozmozhnye rezul'taty

Dostoinstvom missii yavlyaetsya sposobnost' teleskopa proizvodit' monitoring ogromnogo kolichestva zvezd dlya polucheniya statisticheski znachimoi vyborki planet s orbital'nym periodami ot neskol'kih dnei do goda i bolee. Seichas lish' vozmozhno dat' ocenku ozhidaemyh rezul'tatov na osnove vozmozhnyh scenariev, poskol'ku u nas net informacii o chastote i raspredelenii planet zemnogo tipa vne Solnechnoi sistemy.

Kakie delalis' predpolozheniya:

• Budut vestis' nablyudeniya okolo 100 000 zvezd glavnoi posledovatel'nosti.
• V srednem izmenenie yarkosti bol'shinstva zvezd klassov F, G i K glavnoi posledovatel'nosti po vremennoi shkale vo vremya tranzita analogichno tomu, kotoroe imeet mesto u Solnca (posle isklyucheniya 25% naibolee aktivnyh karlikovyh zvezd v spektral'nogo klassa FOV).
• Bol'shinstvo zvezd Glavnoi posledovatel'nosti, v tom chisle i dvoinye, imeyut planety zemnoi gruppy v predelah ili vblizi obitaemoi zony.
• V srednem planety razmerom do dvuh diametrov Zemli ili bol'she, nahodyatsya na rasstoyaniyah ot 0,5 do 1,5 a.e ot svoei zvezdy (predpolozhenie sdelano na osnove dannyh o Solnechnoi sisteme).
• Veroyatnost' tranzita planet v predelah ili vblizi obitaemoi zony sostavlyaet 0.5% na planetu.
• Kazhdaya zvezda imeet odnu planetu-gigant (tipa Yupitera) na vneshnei orbite.
• V srednem 1% zvezd glavnoi posledovatel'nosti imeyut planety-giganty na orbitah s periodom men'she 1 nedeli i sopostavimoe chislo planet na orbitah s periodami ot 1 nedeli do 1 mesyaca i ot 1 mesyaca do 1 goda.
• Prodolzhitel'nosti missii "Kepler" budet sostavlyat' chetyre goda.

Ishodya iz etih predposylok i vozmozhnostei missii, predpolagaetsya poluchit' massiv dannyh o planetah s periodami ot neskol'kih dnei do neskol'kih let, soderzhashii okolo 1000 planet zemnoi gruppy i bolee 1000 planet-gigantov.

Esli ozhidaemoe i deistvitel'noe kolichestvo planet sovpadet, to missiya Kepler uzhe dast statisticheski znachimuyu vyborku ob'ektov, dostatochnuyu dlya opredeleniya chastoty ih rasprostraneniya, a takzhe raspredelenie planet kak dlya odinochnyh zvezd, tak i dlya kratnyh zvezdnyh sistem. Ozhidaemye rezul'taty budut nastol'ko raznoobrazny, chto sushestvenno povysyat ponimanie ustroistva vnesolnechnyh planetarnyh sistem.