Kepler Space Telescope: Exoplanet Hunter

De Kepler ruimtetelescoop
De Kepler ruimtetelescoop van de NASA . Met behulp van deze telescoop werden exo-planeten met de bosjes tegelijkertijd ontdekt (Credit: NASA/JPL)

De Kepler Space Telescope van de NASA is een telescoop die in een baan om de Aarde draait en die is ontworpen voor het ontdekken van planeten buiten ons zonnestelsel. In het bijzonder planeten die in grootte vergelijkbaar zijn met de Aarde en die zich in de bewoonbare zone van hun ster bevinden.

De Kepler Space Telescope is in 2009 gelanceerd en sindsdien zijn er met dit instrument duizenden exoplaneten ontdekt. De meeste van die exoplaneten hebben een grootte tussen die van de Aarde en die van Neptunus (Neptunus is vier keer zo groot als de Aarde). De meeste van deze planeten werden ontdekt in een klein gebied in het sterrenbeeld Cygnus – Zwaan. In de eerste vier jaar van zijn missie was de Kepler op dit gebied gericht.

In juni 2017 stond de teller op 2335 bevestigde exoplaneten en tellen we de daar nog niet bevestigde exoplaneten bij op dan komen we aan 4034 exoplaneten. De telescoop presteert nog steeds uitstekend maar in 2013 traden er problemen met de telescoop op die wetenschappers noopten om een K2-missie in het leven te roepen waarbij de telescoop steeds op wisselende delen van de sterrenhemel wordt gericht.

In de begindagen van het exoplaneetonderzoek konden astronomen alleen maar grote gasplaneten vinden, planeten met de grootte van Jupiter of groter die zich dicht in de buurt van hun ster bevonden. De Kepler kan, samen met sterk verbeterde instrumenten vanaf de Aarde ook zogenoemde “super-Aardes” vinden. Dit zijn planeten die een beetje groter zijn dan de Aarde en een rotsachtige samenstelling hebben. De resultaten van de Kepler maken het ook mogelijk om exoplaneten in verschillende types in te delen en dat helpt om hun afkomst te begrijpen.

Hoofdmissie

De 600 miljoen dollar kostende Kepler werd in 2009 gelanceerd en men verwachtte dat de missie één jaar zou gaan duren. De Kepler maakte deel uit van een programma van de NASA bestaande uit relatief goedkope ruimtesondes voor de verkenning van ons zonnestelsel. Ook de DAWN-missie die onderzoek deed aan Vesta en nog nog steeds in een baan om Ceres draait maakt hier deel van uit. De Kepler werd op een vaste plek in het sterrenbeeld Cygnus – Zwaan gericht om 100.000 hoofdreekssterren op planeten te monitoren. De telescoop maakt daarbij gebruik van de transitiemethode waarbij planeten worden aangetoond aan de hand van de afname van de lichtintensiteit van hun ster op het moment dat de planeten voorlangs die ster trekken.

Omdat de afname van sterlicht ook andere oorzaken kan hebben, bijvoorbeeld bedekkingen door een andere ster, werden de planeten bevestigd door andere telescopen die dan de invloed van de zwaartekracht van de planeet op de ster bepaalden. Door deze invloed wiebelen sterren een heel klein beetje.

In 2014 werd echter een nieuwe methodiek geïntroduceerd die “verificatie door menigvuldigheid” werd genoemd en die werkt in systemen met meer planeten. Volgens de geldende theorieën is een ster met meerdere planeten is qua zwaartekracht stabiel terwijl een ster die deel uitmaakt van een nauwe dubbelster dat niet is. Door hiervan gebruik te maken werden er in één klap 715 nieuwe exoplaneten bevestigd.

Wegens groot succes werd de Kepler-missie verlengd totdat er in mei 2013 problemen optraden toen de tweede van de vier gyroscopen defect raakte. De telescoop heeft minimaal drie gyroscopen nodig om op zijn doel gericht te blijven. Omdat de telescoop zelf nog steeds prima functioneerde gingen ingenieurs van de NASA op zoek naar alternatieven.

Nieuwe missie

Een paar maanden later introduceerde de NASA een nieuwe missie die K2 werd genoemd. Deze missie zou gebruik maken van de zonnewind om de telescoop gedurende enkele maanden op één punt te stabiliseren. Ongeveer 4 keer per jaar zou de telescoop naar een ander gezichtsveld ten opzichte van de Zon worden gericht als die te dicht in de buurt van de gevoelige sensoren zou komen.

Het aantal nieuwe exoplaneten dat nu wordt ontdekt is minder dan tijdens de eerste missie maar de Kepler doet nog steeds heel zinnig werk. In januari 2016 waren er tijdens de K2-missie al 100 nieuwe exoplaneten gevonden.

Kepler onderzocht ook tussen december 2016 en januari 2017 het TRAPPIST-1 systeem waarin zich vermoedelijk meerdere aardse planeten ophouden. In februari 2017 kondigde een ander team astronomen aan dat er nog meer exoplaneten in het systeem aanwezig zijn waarop de astronomen die met de Kepler werken hun ruwe data aan de wetenschappers beschikbaar stelden voor nader onderzoek.

Belangrijke ontdekkingen

Een van de belangrijkste ontdekkingen van de Kepler is het aantonen van de grote variëteit aan exoplaneten in ons sterrenstelsel. Planeetsystemen kunnen compact zijn vergelijkbaar met de baan van Mercurius om de Zon maar er zijn ook planeten gevonden die om twee sterren heen draaien zoals de planeet Tatooine uit de Star Wars films. En voor degenen die op zoek zijn naar leven buiten de Aarde heeft de Kepler aangetoond dat kleine, rotsachtige planeten, in grootte vergelijkbaar met de Aarde veel algemener zijn dan de grote gasreuzen zoals Jupiter.

In januari 2014 werd een belangrijke aankondiging gedaan toen wetenschappers in één klap het aantal bevestigde exoplaneten met 715 uitbreiden naar bijna 1700. Hierbij werd gebruik gemaakt van een nieuwe techniek die was ontwikkeld gedurende de eerste twee onderzoeksjaren van de Kepler.

In mei 2016 werd een tweede belangrijke aankondiging gedaan met 1284 nieuwe planeten waarbij het totale aantal bevestigde exoplaneten (Kepler plus anderen) op ongeveer 3200 kwam te liggen.

In juni 2017 werden de laatste gegevens van de hoofdmissie van de Kepler gepubliceerd waarbij het aantal bevestigde exoplaneten op 2335 kwam te liggen. Inclusief de potentiële exoplaneten ligt het aantal op 4034. Geheel onverwachts ontdekten de astronomen ook een duidelijk onderscheid tussen super-Aardes (planeten met een grootte tot 1,75* de Aarde) en mini-Neptunussen (gasachtige planeten met een grootte van 2 tot 3,5 * de grootte van de Aarde).

Kepler was de eerste telescoop die een planeet ontdekte die in grootte vergelijkbaar is met de Aarde in de bewoonbare zone van zijn ster. Deze exoplaneet, die een diameter heeft van ongeveer 1,5 * de Aarde, wordt Kepler-69c genoemd en bevindt zich op een afstand van ongeveer 2700 lichtjaar.

De telescoop kan ook planeten vinden die veel kleiner zijn dan de Aarde zoals bijvoorbeeld Kepler-377b. Deze planeet heeft de grootte van Mercurius en is vermoedelijk rotsachtig en heeft geen atmosfeer, net zoals de Mercurius in ons eigen zonnestelsel. Ook zijner vreemde planeten gevonden zoals Kepler-62e en Kepler-62f die vermoedelijk een wereldwijde oceaan hebben, dit in tegenstelling tot de Aarde waar een groot deel droog landoppervlak voorkomt. Deze twee planeten bevinden zich op een afstand van ongeveer 1200 lichtjaar in het sterrenbeeld Lyra – Lier en zijn in grootte vergelijkbaar met de Aarde.

Langdurige waarnemingen aan de ster KIC 8462852 – Tabby’s Ster – onthulden een vreemd patroon van zwakker en weer helder worden. Astronomen zijn nog steeds op zoek naar een verklaring voor dit vreemde fenomeen waarbij men denkt aan exokometen of een incomplete stofring en niet direct aan een structuur die door buitenaardse wezens is gebouwd.

Het vermogen van de Kepler om hele kleine helderheidsvariaties van sterren waar te nemen is gebruikt bij het bestuderen van de Pleiaden. Deze bekende open sterrenhoop bevindt zich op een afstand van ongeveer 400 lichtjaar en is met het blote oog gemakkelijk te herkennen in het sterrenbeeld Taurus – Stier. De Kepler heeft de meest nauwkeurige waarnemingen van de variabiliteit van deze sterren toe nu toe vastgelegd. Daarnaast ontdekte Kepler vier nieuwe exoplaneten in dit gebied.

De Kepler Space Telescope heeft nog voldoende brandstof tot midden 2018, daarna komt er definitief een einde aan de missie maar nieuwe telescopen die naar exoplaneten gaan speuren zijn inmiddels in ontwikkeling.

Eerste publicatie: 4 november 2017

 




%d bloggers liken dit: