Latar Belakang: Observatorium Luar Angkasa Kepler - besi, komunikasi dengan Bumi, perangkat lunak, dan hasil

Pada akhir Oktober, teleskop Kepler, yang diluncurkan NASA pada Maret 2009, berhenti beroperasi. Bahan bakar habis, perangkat tidak dapat berfungsi tanpanya - tidak ada kemungkinan pemosisian di ruang angkasa, dan ini diperlukan untuk mengamati ruang. Tentang prestasi Kepler, mereka banyak berbicara di Habré, jadi saya akan berusaha keras untuk tidak mengulangi diri saya sendiri (well, mungkin sedikit). Sebagai gantinya, saya akan menjelaskan apa itu observatorium ruang angkasa dalam hal teknologi dan jenis perangkat lunak apa yang digunakan tim Kepler - termasuk untuk memproses data yang masuk.

Apa itu teleskop ini?

Kepler adalah teleskop yang mengorbit dengan fotometer ultra-sensitif yang mencari exoplanet. Pada saat yang sama, Kepler dapat mengamati sekitar 100 ribu bintang. Tugas sistem adalah mengamati sekelompok bintang tertentu untuk waktu yang lama. Untuk mencapai tujuan tersebut, para insinyur mengembangkan mekanisme yang akan menjaga teleskop "diarahkan" pada titik tertentu.


Kepler menggunakan kira-kira roda gila ini.

Elemen-elemen penting dari mekanisme ini adalah flywheels, flywheels, yang membantu memposisikan seluruh struktur. Ini adalah satu-satunya bagian yang bergerak. Ada juga sedikit cairan - bahan bakar yang digunakan mesin untuk mengubah posisi teleskop di ruang angkasa.

Spesifikasi:

• diameter 2,7 m, panjang - sekitar 4,7 m;
• massa - 1052,4 kg, dimana 478 kg - fotometer, pesawat ruang angkasa - 562,7 kg, 11,7 kg - bahan bakar hidrazin;
• panel surya - total luas 10,2 m2. Baterai terdiri dari 2860 sel, yang memungkinkan Anda menghasilkan daya 110 watt. Penyimpanan energi dilakukan menggunakan baterai lithium-ion dengan kapasitas 20 A * h;
• SSD - 16 GB, itu berisi jumlah data yang dikumpulkan lebih dari 60 hari, informasi dikirim ke Bumi sebulan sekali.

Fotometer terdiri dari 42 CCD yang memberikan resolusi total 95 megapiksel. Desain menyediakan empat CCD tambahan di sudut-sudut array untuk memberikan kontrol yang lebih akurat. Ukuran setiap matriks adalah 5 x 2,5 cm, resolusi 2200 x 1024 piksel.


Tampak dalam

Data dari matriks diambil setiap 6 detik, setelah mencapai batas saturasi, setelah itu dijumlahkan di komputer on-board selama setengah menit untuk setiap piksel. Kepler melakukan pengamatan pada passband 430-890 nm. Dia bisa "melihat" bintang hingga magnitudo ke-16.

Cermin utama dengan diameter 1,4 meter diproduksi oleh Corning, cermin yang mengembangkan kacamata pelindung untuk layar smartphone. Teknologinya telah memungkinkan untuk mencapai pengurangan radikal dalam massa cermin. Akibatnya, hanya berjumlah 14% dari massa cermin dengan ukuran yang sama yang terbuat dari bahan tradisional.

Untuk elemen yang berbeda, suhu operasi berbeda. Jadi, korektor Schmidt, yang merupakan lensa non-bola di depan teleskop, bekerja pada suhu sekitar -30 ° C. Cermin belakang utama bekerja pada -11 ° C. Matriks CCD berada dalam kondisi yang lebih sulit - ia harus bekerja pada suhu -85 C, yang diperlukan untuk mengurangi kebisingan detektor. Dengan penutup debu ditutup selama kalibrasi, suhu komponen sedikit di atas minimum ini. Suhu di luar angkasa cukup memadai sehingga tidak perlu menggunakan gas cair untuk mendinginkan perangkat.

Siapa yang mengendalikan Kepler dan bagaimana?

Markas besar aparatur itu berlokasi di kampus riset Universitas Colorado Boulderd. Tim manajemen termasuk spesialis dari Laboratorium Fisika Atmosfer dan Antariksa sesuai dengan kontrak Ball Aerospace & Technologies. Laboratorium menyusun rencana kerja, mengumpulkan data primer dan mendistribusikannya.

Anggaran proyek awalnya diperkirakan $ 600 juta, termasuk pembuatan, peluncuran perangkat dan operasinya selama 3,5 tahun. Pada 2012, NASA mengumumkan bahwa proyek tersebut akan dibiayai hingga 2016 dengan anggaran tahunan $ 20 juta.

Pertukaran Data Kepler dengan Earth

Pertukaran data dengan teleskop dilakukan melalui gelombang mikro (spektrum frekuensi dari 7 hingga 11,2 GHz) dua kali seminggu. Ilmuwan mengirim perintah dan menerima data dari perangkat. Namun, data ilmiah diunduh sebulan sekali, juga melalui saluran microwave, tetapi dengan spektrum 26,5-40 GHz. Lebar saluran komunikasi tidak melebihi 550 kB / s.



Antena peralatan itu dipasang dengan kaku, sehingga untuk berkomunikasi dengan Bumi, perlu mengubah posisi di ruang seluruh teleskop orbital. Bagian dari data dianalisis oleh komputer di-papan untuk menghemat lalu lintas dengan mengirimkan informasi terkompresi.

Data telemetri yang dikumpulkan selama misi diarahkan ke Pusat Manajemen Data Proyek. Pusat ini terletak di Space Research Institute menggunakan teleskop luar angkasa. Ini adalah pusat operasi ilmiah yang didirikan oleh NASA pada tahun 1981 untuk mengelola dan melakukan penelitian menggunakan Hubble Space Telescope.


Selama sesi komunikasi, operasi berikut harus dilakukan untuk mengunduh data ilmiah dari Kepler:

• Dapatkan data piksel utama piksel dari DMC (Pusat Manajemen Data Kepler, Pusat Manajemen Data Kepler);
• Memproses data primer dengan algoritma analisis khusus untuk mendapatkan piksel dan kurva cahaya yang dikalibrasi untuk setiap bintang;
• Lakukan pencarian transit (mengubah kecerahan bintang ketika planet melewati disk-nya) untuk mendeteksi planet (peristiwa pelintasan batas atau TCE);
• Verifikasi data planet kandidat untuk menghilangkan positif palsu.

Apa tujuan dan sasarannya?

Tujuan ilmiah Kepler adalah untuk mempelajari sistem bintang yang terletak dalam lingkup "visi" teleskop. Tugas-tugas berikut telah ditetapkan:

• Tentukan jumlah planet mirip bumi yang berada di zona berpotensi dihuni;
• Hitung kisaran ukuran dan bentuk orbit planet-planet ini;
• Perkirakan jumlah planet yang ada di sistem multi-bintang;
• Tentukan kisaran ukuran orbit, kecerahan, diameter, massa, dan kepadatan planet raksasa periode pendek;
• Mendeteksi objek tambahan di setiap sistem planet yang ditemukan;
• Mempelajari sifat-sifat bintang di mana sistem planet ditemukan.

Alat perangkat lunak

Untuk memproses data yang dikirim Kepler ke Bumi, alat perangkat lunak ini digunakan:

• Lightkurve - Lightkurve Python memungkinkan Anda untuk menganalisis data deret waktu fluks astronomi secara efektif, khususnya piksel dan kubus cahaya yang diperoleh oleh misi NASA Kepler, K2 dan TESS. Tautan
• PyKE - Toolkit baris perintah untuk memvalidasi data dan mengekstrak kurva cahaya bintang. Tautan
• K2fov - Satu set alat baris perintah untuk memeriksa file "target pixel" dan menyoroti kubus cahaya tersembunyi. Tautan
• K2ephem - Memeriksa apakah benda yang bergerak di tata surya, asteroid atau komet, dapat masuk ke "bidang pandang" sistem. Tautan
• K2flix - Mengonversi file piksel target menjadi video atau animasi gif untuk evaluasi piksel yang cepat dan mudah. Tautan
• K2mosaic - Mengonversi file piksel target ke gambar bidang lebar. Tautan
• Kadenza - Mengubah data primer menjadi FITS, sesuai untuk para astronom. Tautan

Perwakilan komunitas pengembang telah menyediakan beberapa alat untuk semua orang. Ada juga perangkat lunak tambahan, yang tersedia di halaman “ Perangkat lunak lain ”. Dan di situs web NASA, Anda dapat menemukan daftar lengkap perangkat lunak dan tujuan penggunaannya .

Hasil kerja - singkat

Selama beberapa tahun, teleskop berhasil mendeteksi 2.245 exoplanet dan lebih dari 2000 exoplanet potensial - data ini diverifikasi oleh para ilmuwan.

Faktanya, teleskop mentransmisikan begitu banyak informasi ke Bumi sehingga butuh bertahun-tahun untuk menguraikan dan menganalisisnya secara terperinci.

"Kepler" secara signifikan memperluas gagasan tentang sistem bintang, evolusi dan keanekaragamannya. Khususnya, keberadaan planet seperti bumi terbukti - para astronom sebelumnya hanya dapat membuat asumsi tentang karakteristik planet.

Apa selanjutnya

Teleskop Kepler digantikan oleh TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). Peluncuran ini dilakukan pada 18 April 2018 oleh roket SpaceX Falcon 9. TESS mempelajari bintang-bintang paling terang tidak lebih dari 300 tahun cahaya dari Bumi. Tujuannya adalah penemuan exoplanet berbatu yang jatuh ke zona layak huni. Secara total, direncanakan untuk memeriksa sekitar 500 ribu bintang kelas spektral G, M, R lebih terang dari 12 magnitudo. Selain itu, 1.000 kurcaci merah terdekat yang tersebar di seluruh langit berbintang akan dieksplorasi.