Télescope spatial Kepler : le chasseur d'exoplanètes original

Le télescope spatial Kepler de la NASA était un observatoire dans l'espace dédié à la recherche de planètes en dehors de notre système solaire, avec un accent particulier sur la recherche de planètes qui pourraient ressembler à la Terre. L'observatoire a fonctionné pendant un peu moins de neuf ans, de son lancement en mars 2009 à sa mise hors service le 15 novembre 2018.



Adieu, Kepler : la NASA ferme le prolifique télescope spatial de chasse aux planètes



Depuis le lancement de Kepler, les astronomes ont découvert des milliers de planètes extra-solaires, ou exoplanètes grâce à ce seul télescope. La plupart d'entre elles sont des planètes entre la taille de la Terre et Neptune (qui fait quatre fois la taille de la Terre). Beaucoup de ces planètes ont été découvertes dans une région de la constellation Cygne environ la taille de la paume d'une main tenue à bout de bras, où Kepler a été pointé pendant les quatre premières années de sa mission.

En novembre 2020, Kepler avait découvert 2 392 exoplanètes, avec 2 368 planètes candidates en attente de confirmation, selon le Archives des exoplanètes de la NASA . La mission s'est poursuivie bien au-delà de sa date de fin prévue, bien que des problèmes mécaniques en 2013 aient forcé les responsables de mission à créer une mission « K2 » modifiée dans laquelle Kepler a utilisé la pression de la lumière du soleil pour se stabiliser, changeant sa vue sur différents points du ciel.



En utilisant les données de transit du télescope Kepler de la planète b, les scientifiques ont prédit qu

Les recherches du télescope Kepler ont fourni la preuve d'un arrangement ordonné de planètes semblable à notre propre système solaire en orbite autour d'une étoile appelée KOI-872.(Crédit image : Institut de recherche du Sud-Ouest)

Comment Kepler a commencé

Kepler est le fruit de Le scientifique de la NASA William J. Borucki , qui avait travaillé sur des instruments scientifiques pour le Programme Apollo . À partir de 1983, Borucki a commencé à plaider au sein de la NASA pour une mission qui rechercherait des exoplanètes en surveillant les transits – des événements au cours desquels une planète passe devant son étoile vue du point de vue de la Terre. Le concept de Borucki a été rejeté par la NASA à quatre reprises, car l'agence a exigé diverses démonstrations de la faisabilité technologique et financière de la mission. La NASA a finalement approuvé la mission en 2001.



Kepler faisait partie du programme Discovery de la NASA, qui finance des engins spatiaux à moindre coût pour l'exploration du système solaire. Kepler a été sélectionné en même temps que Aube , un vaisseau spatial qui a visité les petits mondes Vesta et Cérès .

Dans une conférence au Institut Carl Sagan de l'Université Cornell, Borucki a expliqué: «[Kepler] regarde plus de 170 000 étoiles simultanément, à la recherche de planètes qui croisent leur étoile et bloquent un peu de lumière. En bloquant cette lumière, nous pouvons déterminer la taille de la planète par rapport à l'étoile, et lorsqu'elle se répète, nous pouvons déterminer la période orbitale. De la troisième loi de Kepler, nous pouvons déduire à quelle distance la planète est de l'étoile. Et en regardant les propriétés de l'étoile, nous pouvons dire à quel point cette planète pourrait être chaude.

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La troisième loi de Kepler, du nom de l'astronome Johannes Kepler (1571-1630), stipule que si vous connaissez la longueur de l'année d'une planète (sa période orbitale) et la masse de son étoile mère, vous pouvez calculer sa distance moyenne par rapport à l'étoile.

L'une des superpuissances du télescope spatial Kepler est sa capacité à mesurer la luminosité d'une étoile à une infime fraction de pour cent. Cette photométrie de précision est nécessaire pour capter la minuscule atténuation causée par une planète devant son étoile. Par exemple, Jupiter passant devant le soleil bloque environ 1% de la lumière du soleil ; La terre bloque moins de 0,01%.

Dans les premières années de la chasse aux exoplanètes, les astronomes étaient mieux à même de trouver d'énormes géantes gazeuses - La taille de Jupiter et plus gros – qui se cachaient près de leur étoile mère. L'ajout de la photométrie sensible de Kepler (ainsi qu'une chasse aux planètes plus sophistiquée depuis le sol) signifie que les astronomes ont trouvé plus de «super-Terres», ou des planètes légèrement plus grandes que la Terre mais ayant une surface rocheuse. Les découvertes de Kepler permettent également aux astronomes de commencer à regrouper les exoplanètes en types, ce qui aide à comprendre leurs origines.

Un champ de 4,5 millions d

(Crédit image : NASA/Ames/J. Jenkins)

Mission principale

Le télescope Kepler de 600 millions de dollars a été lancé en 2009 avec l'espoir qu'il fonctionnerait pendant un an.

Au début, une partie importante des opérations de Kepler consistait à éliminer les faux positifs. Étant donné que la gradation apparente des étoiles peut également avoir lieu par des moyens autres que les transits d'exoplanètes (par exemple, en raison de la variabilité naturelle d'une étoile, de taches stellaires ou d'une autre étoile ou paire d'étoiles quelque part dans la même ligne de mire), chaque planète candidate a été confirmée par d'autres télescopes, généralement en mesurant le « vacillement » gravitationnel présenté par une étoile en réponse à une planète en rotation.

Mais la mission initiale de Kepler n'était pas tant d'identifier des exoplanètes individuelles que de recenser autant d'étoiles que possible et d'estimer le pourcentage d'étoiles qui hébergent des planètes.

Ainsi, au fur et à mesure que Kepler accumulait de l'expérience, des méthodes statistiques ont été mises en œuvre. Par exemple, en février 2014, les astronomes ont lancé une nouvelle technique appelée « vérification par multiplicité », qui distingue les systèmes à plusieurs planètes des systèmes à plusieurs étoiles et trouve ainsi de nombreuses exoplanètes à la fois. Grâce à cette technique, l'équipe a dévoilé 715 planètes confirmées en une seule version, faisant le plus grand lot de planètes en une seule annonce jusqu'à ce moment-là.

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Kepler a été approuvé bien au-delà de la durée de sa mission initiale et fonctionnait très bien jusqu'en mai 2013, lorsqu'une seconde de ses quatre roues de réaction ou gyroscopes est tombée en panne. Le télescope a besoin d'au moins trois de ces dispositifs pour rester pointé dans la bonne direction. À l'époque, la NASA a déclaré que le télescope était encore en bon état et a étudié d'autres idées de mission pour le matériel.

Une étoile brille derrière un télescope spatial Kepler presque silhouetté, qui est un objet à peu près cylindrique avec des saillies à l

Illustration d'un artiste du télescope spatial Kepler de la NASA à la recherche d'exoplanètes.(Crédit image : NASA)

Nouvelle mission

En quelques mois, l'agence a proposé une nouvelle mission pour le télescope spatial qu'elle a baptisé K2. La mission utiliserait le soleil vent solaire pour stabiliser le télescope pendant plusieurs mois à la fois. Ensuite, environ quatre fois par an, le télescope, qui mesure environ 15 pieds (4,7 mètres) de long et 9 pieds (2,7 m) de diamètre, se tournait vers un champ de vision différent lorsque le soleil se rapprochait trop de ses capteurs.

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En juillet 2015, alors que la nouvelle mission s'installait dans une routine, Borucki, toujours le chercheur principal à l'époque, a pris sa retraite après 53 ans de service à la NASA, selon l'agence .

Alors que le rythme des découvertes planétaires était moindre avec la nouvelle mission, de nouvelles découvertes se sont poursuivies. En janvier 2016, la NASA a annoncé la découverte de plus de 100 nouvelles planètes sur la base des observations K2. 'Il s'agit d'une validation de la capacité de l'ensemble du programme K2 à trouver un grand nombre de véritables planètes de bonne foi', a déclaré Ian Crossfield, astronome à l'Université de l'Arizona, lors de la réunion annuelle de l'American Astronomical Society, au cours de laquelle la découverte a été annoncée.

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Kepler a examiné la TRAPPISTE-1 système – qui contient probablement plusieurs planètes de la taille de la Terre – entre décembre 2016 et mars 2017. En février, une autre équipe d'astronomes a annoncé que davantage de planètes de la taille de la Terre avaient été trouvées. Les scientifiques de Kepler ont ensuite publié les données brutes de leurs observations TRAPPIST-1 pour que d'autres équipes les analysent, si elles étaient intéressées.

En février 2018, la NASA a publié une autre version des données Kepler sur 95 nouvelles planètes découvertes lors de la mission K2. L'une de ces planètes était en orbite autour d'une étoile brillante, ce qui en fait un candidat facile pour un suivi par un observatoire au sol.

Une comparaison de la Terre et de Kepler-1649c, une exoplanète seulement 1,06 fois la Terre

L'une des planètes localisées par le télescope Kepler était Kepler-1649c, une exoplanète à seulement 1,06 fois le rayon de la Terre. Les scientifiques ont découvert cette planète en 2020 en analysant d'anciennes observations de Kepler, qui avait pris sa retraite en 2018.(Crédit image : NASA/Centre de recherche Ames/Daniel Rutter)

Découvertes majeures

Grâce à Kepler, nous savons maintenant à quel point il est courant pour d'autres étoiles d'avoir des planètes.

« Essentiellement, chaque étoile a une planète. C'est un gros problème et n'était pas apprécié avant Kepler », a déclaré l'ancien scientifique du projet Kepler, Nick Gautier, dans un déclaration libéré lorsque le télescope a été retiré.

Au cours des sept premières années des opérations Kepler et K2, la NASA a publié une vingtaine de communiqués de presse annonçant des exoplanètes nouvellement découvertes, souvent en grandes quantités.

En juin 2017, est venue la publication finale des données de la mission principale de Kepler. Les découvertes planétaires confirmées de Kepler ont été portées à 2 335. Y compris les planètes potentielles, le nombre total s'élevait à 4 034.

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La mission K2 a duré aussi longtemps que la mission principale et a porté le nombre total d'étoiles étudiées par Kepler à plus de 500 000, selon un communiqué de presse de la NASA .

Une autre réalisation majeure a été la découverte de la grande variété de systèmes planétaires qui existent. Les systèmes planétaires peuvent exister dans des arrangements compacts dans les limites de l'équivalent de l'orbite de Mercure. Ils peuvent même orbiter autour de deux étoiles , un peu comme Tatooine dans le Guerres des étoiles univers. Et dans une découverte passionnante pour ceux qui recherchent la vie au-delà de la Terre, le télescope a révélé que les petites planètes rocheuses similaires à la Terre sont plus courantes que les plus grandes géantes gazeuses telles que Jupiter.

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Un artiste

Représentation d'un artiste du télescope spatial Kepler à longue durée de vie et de certaines des planètes qu'il a découvertes au cours de sa quasi-décennie dans l'espace.(Crédit image : NASA)

Les autres mondes étranges découverts par le télescope incluent Kepler-62e et Kepler-62f – deux mondes aquatiques qui ont probablement un océan global, contrairement à la Terre, qui a une fraction importante de terre ferme. Les planètes se trouvent à environ 1 200 années-lumière dans la constellation de la Lyre et sont proches de la taille de la Terre.

Les observations à long terme de Kepler sur l'étoile KIC 8462852, également connue sous le nom de « Tabby's Star », ont révélé un étrange modèle de gradation et d'éclaircissement. Les astronomes tentent toujours de comprendre la nature des changements inhabituels de luminosité, qui ont été attribués à tout, des comètes à un anneau de poussière inégal, et même à une mégastructure extraterrestre.

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La grande sensibilité de Kepler à la luminosité changeante des étoiles a été exploitée pour la Pléiades , un amas d'étoiles bien connu situé à seulement 400 années-lumière et visible à l'œil nu. Les observations de Kepler ont fourni le meilleur suivi de leur variabilité à ce jour. Le télescope a également fourni nouvelles mesures d'étoiles qui explosent et ondes sonores à l'intérieur des étoiles .

Fin de mission

Kepler a été lancé avec 3 gallons (12 kilogrammes) d'hydrazine dans son réservoir de carburant. Le carburant alimente les propulseurs qui aident à corriger la dérive et à effectuer de grandes manœuvres, notamment en pointant vers de nouveaux champs de vision et en orientant ses émetteurs vers la Terre pour émettre des données scientifiques et recevoir des commandes. Parce que Kepler n'a pas de jauge précise sur son réservoir de carburant, les ingénieurs ne pouvaient qu'estimer quand il manquait de carburant.

En mars 2018, la NASA a annoncé qu'elle s'attendait à ce que le réservoir de carburant du vaisseau spatial s'épuise au cours des mois suivants. Un peu plus de sept mois plus tard, le 30 octobre, la NASA a confirmé que Kepler était en panne d'essence. Les ingénieurs ont envoyé un dernier ordre de « bonne nuit » et officiellement déclassé le vaisseau spatial le 15 novembre 2018 — par coïncidence, le 388e anniversaire de la mort de Johannes Kepler.

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Bien qu'inactif, Kepler continuera dans son orbite terrestre autour du soleil, passant par le voisinage de la Terre (à une distance de sécurité) en 2060 et à nouveau en 2117.

Le rôle de Kepler en tant que principal télescope spatial de chasse aux exoplanètes a été repris par le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), qui a été lancé le 18 avril 2018 et a terminé sa mission principale le 11 août 2020 avant de commencer une phase de mission prolongée. Alors que la mission de Kepler était principalement statistique - pour découvrir si les exoplanètes de la taille de la Terre étaient courantes - TESS est conçu pour identifier des systèmes d'exoplanètes spécifiques qui devraient être examinés plus avant.

Ressources additionnelles:

Cet article a été mis à jour le 26 janvier 2021 par le contributeur de demokratija.eu Steve Fentress