Космический телескоп кеплер реферат

Обновлено: 06.07.2024

Цель миссии

Ученые ставили разные научные цели для телескопа. Нужно было узнать, много ли в космосе планет, диаметр, массу, скорость планет, размеры орбит. А самое главное – найти планеты, похожие на Землю.

Что было нужно проверить, определить, и узнать:

Сколько планет, и похожих на Землю, и больших планет, находятся в пригодной для жизни зоне возле звезды. Для всех типов звезд.
Размеры и формы орбит этих планет.
Сколько планет возле двойных и тройных звезд.
Размеры орбит, яркость, диаметр, массу и плотность планет-гигантов с небольшим периодом обращения вокруг звезды.
Какие свойства у звёзд, у которых обнаружены планетарные системы.

И если миры, похожие на Землю размером и химическим составом, существуют вокруг звезд, подобных нашему Солнцу, ожидалось, что Кеплер обнаружит их и первым измерит, насколько они распространены в космосе.

Где искать?

Чтобы найти планету у звезды, нужно смотреть на эту звезду очень долго. Пока что нет таких технологий и возможностей, наблюдать всю небесную сферу сразу. Поэтому ученые решили сосредоточиться в одной точке, на одном кусочке неба, проверить свои теории, и посмотреть, сколько планет можно там найти.

Как "Кеплер" находит планеты?

А дальше, данные о кандидатах в экзопланеты, которые передает телескоп, отправляют в программу наблюдения Кеплера, KFOP, для проверки через целый ряд дополнительных наблюдений - чтобы убедиться, что яркость меняется именно из-за планеты, а не другого астрономического явления.

Открытия

Космос заполнен планетами

Новые типы планет

Планеты, подобные Земле

Невозможно сказать есть ли там моря, суша, и какая-то жизнь. Телескопы пока еще не видят планеты так, чтобы сфотографировать их. Только регистрируют данные, по которым ученые могут сделать выводы: какой химический состав у планеты, какого она размера, как далеко от своей звезды.

Вот так может выглядеть суперземля с твердой поверхностью. Это тип планет, которые телескопы будущего, такие как TESS и James Webb, надеются найти за пределами нашей Солнечной системы. Иллюстрация: Европейская южная обсерватория, ESO / M. Kornmesser

Планеты, открытые телескопом, называют в его честь, и в честь знаменитого астронома. Например, планеты Kepler-452b , Kepler -11b .

Где сейчас находится "Кеплер"?

После поломки его смогли выровнять с помощью солнечного ветра и перевели на другую программу исследований. Это потребовало дополнительных расходов топлива. И когда оно почти закончилось, в НАСА приняли решение отключить телескоп и вывести его на безопасную орбиту вдали от Земли. И все же Кеплер работал 17 лет, намного дольше, чем планировалось.

"Кеплер" медленно отстает от Земли. По расчетам, примерно в 2035 г. он достигнет другой стороны Солнца и вернется к Земле к 2060 году.

Цель миссии

Технические характеристики

Габариты: диаметр около 2,7 м и длина около 4,7 м.
Масса: общая — 1052,4 кг, фотометр — 478 кг, космический аппарат — 562,7 кг, 11,7 кг — масса гидразинового топлива.

Питание обеспечивается четырьмя солнечными батареями общей площадью 10,2 м 2 , расположенными в разных плоскостях. Состоящие из 2860 элементов батареи обеспечивают мощность 1100 Вт. Накопление электроэнергии обеспечивается литий-ионным аккумулятором ёмкостью 20 А×час.

Электронная память имеет ёмкость для накопления данных и рассчитана на сбор данных в течение 60 дней. Данные на обработку транслируются пакетами раз в 30 дней.

Фотометр

Фотометр состоит из 42 ПЗС-матриц с общим разрешением в 95 мегапикселей для проведения исследований и четырёх дополнительных ПЗС-матриц, размещённых в углах массива для обеспечения точного управления. Каждая из 42 CCD-матриц имеет размеры 5×2,5 см и разрешение 2200×1024 пикселей. 12 января 2010 года вышел из строя один модуль, состоящий из двух фоточувствительных матриц фотометра.

Данные с матрицы снимаются каждые 6 секунд, достигают предела насыщения и суммируются в бортовом компьютере в течение 30 секунд для каждого пикселя. Каждое из 42 матричных устройств имеет по 2 выхода для данных, то есть всего шина данных имеет 84 выхода.

Полоса пропускания приёмника составляет 430—890 нм. Для наблюдения доступны звёзды до 16-й звёздной величины.

Телескоп системы Шмидта. Апертура 0,95 метра (при этом первичное зеркало телескопа имеет диаметр 1,4 метра). Поле зрения — 115 квадратных градусов.

Температурный режим работы

Корректор Шмидта, метровая слегка несферическая линза спереди телескопа, имеет температуру −30 °C, в то время как главное зеркало сзади −11 °C. ПЗС матрица в фокальной плоскости должна работать при температуре −85 °C для уменьшения детекторных шумов. С закрытой противопылевой крышкой (во время калибровки) большинство компонентов телескопа слегка теплее. Столь высокие температуры не требуют охлаждения сжиженным газом, срок работы ограничивается надёжностью техники.

Ход миссии

Первый снимок телескопа.

Обсерватория запущена с космодрома на мысе Канаверал 6 марта 2009 года в 22:49 по времени Восточного побережья США (7 марта в 06:49 по московскому времени). На орбиту аппарат вывела ракета-носитель Дельта-2.

Дважды, в январе и марте 2006 года, запуск откладывался из-за финансовых проблем. Общая стоимость миссии составила приблизительно 467 миллионов долларов.

Фотометрия экзопланеты Kepler-6 b по данным телескопа Кеплер

11 января 2011 года учёные сообщили об обнаружении рекордно малой известной экзопланеты — Kepler-10 b, радиус которой лишь в 1,42 раза больше, чем у Земли.

2 февраля 2011 опубликованы данные результатов наблюдений с 13 мая по 16 сентября 2009 года. В них сообщается о 1235 кандидатах в планеты. Из них 68 примерно размером с Землю; 288 суперземель; 662 размером с Нептун; 165 размером с Юпитер и 19 больше чем Юпитер. 54 планет кандидатов находится в обитаемой зоне, пять из которых по размерам близки к Земле.

23 сентября 2011 года опубликованы данные результатов наблюдений с 18 сентября по 16 декабря 2009 года.

В январе 2012 года объявлено об обнаружении трёх миниземель у звезды KOI-961, одна из которых размером с Марс.

4 апреля 2012 года было объявлено о продлении миссии телескопа по меньшей мере до 2016 года.

16 июля 2012 года произошла поломка одного из четырёх двигателей-маховиков гиростабилизированной платформы.

Ноябрь 2012 — Кеплер завершил основную часть своей миссии, но продолжит работу ещё в течение четырёх лет.

7 января 2013 года на 221 съезде Американского астрономического общества были представлены результаты наблюдений с мая 2009 года по март 2011 года, число кандидатов доведено до 2740. Относительно данных, представленных в 2012 году, наблюдается преимущественный рост числа кандидатов величиной менее двух размеров Земли.

12 мая 2013 года произошла поломка двигателя-маховика № 4 гиростабилизированной платформы по ещё неизвестной причине. Ориентировка аппарата стала нестабильной и для вращения Кеплера будут использоваться двигатели ориентации, топлива для которых, как рассчитывают в НАСА, хватит ещё на несколько месяцев.

Текущие результаты миссии

Телеско́п (от др.-греч. τῆλε — далеко + σκοπέω — смотрю) — прибор, предназначенный для наблюдения небесных светил. Действительно, это оптическое устройство представляет собой мощную зрительную трубу, предназначенную для наблюдения весьма удаленных объектов – небесных светил.

Существуют телескопы для всех диапазонов электромагнитного спектра: оптические телескопы, радиотелескопы, рентгеновские телескопы, гамма-телескопы. Кроме того, детекторы нейтрино часто называют нейтринными телескопами. Также, телескопами могут называть детекторы гравитационных волн.

Оптические телескопические системы используют в астрономии (для наблюдения за небесными светилами, в оптике для различных вспомогательных целей: например, для изменения расходимости лазерного излучения. Также, телескоп может использоваться в качестве зрительной трубы, для решения задач наблюдения за удалёнными объектами.

Актуальность: созданный около четырехсот лет назад, телескоп является своеобразным символом современной науки, воплощая в себе извечное стремление человечества к познанию.

Объект исследования: различные виды телескопов.

Цель нашего исследования рассмотреть историю создания телескопа, создать домашний телескоп.

Задачи исследования: собрать и изучить теоретический материал о телескопе, используя все доступные источники информации.

Основная гипотеза – телескопы и грандиозные обсерватории вносят немалый вклад в развитие целых областей науки, посвященных исследованию структуры и законов нашей Вселенной.

Научная новизна нашей работы заключается в значимости телескопов на современном этапе развития науки и техники (в истории космических)

Практическая значимость: материалы исследования могут быть использованы на уроках физики, истории, географии, во внеклассной работе. Сегодня телескоп все чаще можно встретить не в научной обсерватории, а в обычной городской квартире, где живет обычный астроном-любитель, который ясными звездными ночами отправляется приобщаться к захватывающим красотам космоса.

1.1. История создания первых телескопов

Известно, что еще древние употребляли увеличительные стекла. Дошла до нас легенда о том, что якобы Юлий Цезарь во время набега на Британию с берегов Галлии рассматривал в подзорную трубу туманную британскую землю. Роджер Бекон, один из наиболее замечательных ученых и мыслителей XIII века, в одном из своих трактатов утверждал, что он изобрел такую комбинацию линз, с помощью которой удаленные предметы на расстоянии кажутся близкими. (1, 46)

Так ли это было в действительности – неизвестно. Бесспорно, однако, что в самом начале XVII века в Голландии почти одновременно об изобретении подзорной трубы заявили три оптика: Липерсчей, Меунус, Янсен. Как бы там ни было, к концу 1608 года первые подзорные трубы были изготовлены и слухи об этих новых оптических приборах быстро распространялись по Европе.

В Падуе в это время уже был широко известен Галилео Галилей, профессор местного университета, красноречивый оратор и страстный сторонник учения Коперника. Услышав о новом оптическом инструменте, Галилей решил собственноручно построить подзорную трубу. 7 января 1610 года навсегда останется памятной датой в истории человечества. Вечером того же дня Галилей впервые направил построенный им телескоп на небо. (Приложение №1.рис.1)

Исаак Ньютон в тот период сумел дать новую жизнь телескопам с помощью зеркала. Первое зеркало для телескопа диаметром 30 мм он сделал из сплава меди, олова и мышьяка в 1704 году. Изображение стало четким.

Я.В. Брюс прославился разработкой специальных металлических зеркал для телескопов. Ломоносов и Гершель, независимо друг от друга, изобрели совершенно новую конструкцию телескопа, в которой главное зеркало наклоняется без вторичного, тем самым уменьшая потери света. А Гершель собственноручно в мастерской сплавлял зеркала из меди и олова. Главный труд его жизни – большой телескоп с зеркалом диаметром 122 см. (Приложение №3.рис 1 и 2).

К концу 18 века компактные удобные телескопы пришли на замену громоздким рефлекторам. Металлические зеркала тоже оказались не слишком практичны - дорогие в производстве, а также тускнеющие от времени.

К 1758 году с изобретением двух новых сортов стекла: легкого - крон и тяжелого - флинта, появилась возможность создания двухлинзовых объективов. Чем благополучно и воспользовался ученый Дж. Доллонд, который изготовил двухлинзовый объектив, впоследствии названный доллондовым. (Приложение 4).

Немецкий оптик Фраунгофер поставил на конвейер производство и качество линз. И сегодня в Тартуской обсерватории стоит телескоп с целой, работающей линзой Фраунгофера. Но рефракторы немецкого оптика также были не без изъяна – хроматизма. (Приложение 5)

И лишь к концу 19 века изобрели новый метод производства линз. Стеклянные поверхности начали обрабатывать серебряной пленкой, которую наносили на стеклянное зеркало путем воздействия виноградного сахара на соли азотнокислого серебра. Эти принципиально новые линзы отражали до 95% света, в отличие от старинных бронзовых линз, отражавших всего 60% света. Л. Фуко создал рефлекторы с параболическими зеркалами, меняя форму поверхности зеркал. (Приложение №6)

В конце 19 века Кросслей, астроном-любитель, обратил свое внимание на алюминиевые зеркала. Купленное им вогнутое стеклянное параболическое зеркало диаметром 91 см сразу было вставлено в телескоп. Сегодня телескопы с подобными громадными зеркалами устанавливаются в современных обсерваториях.

История телескопа прошла долгий путь – от итальянских стекольщиков до современных гигантских телескопов-спутников. Современные крупные обсерватории давно компьютеризированы. Однако любительские телескопы и многие аппараты, типа Хаббл, все еще базируются на принципах работы, изобретенных Галилеем. (Приложение №7.)

1.2.Современные виды телескопов.

Первое из двух главных преимуществ телескопа – это увеличение угла зрения, под которым мы видим небесные объекты. Человеческий глаз способен в отдельности различать две части предмета, если угловое расстояние не меньше одной минуты дуги. Поэтому, например, на Луне невооруженный глаз различает лишь крупные детали, поперечник которых превышает 100 километров. В благоприятных условиях, когда Солнце затянуто дымкой, на его поверхности удается рассмотреть самые крупные из солнечных пятен. Никаких других подробностей невооруженный глаз на небесных телах не видит. Оптические телескопы увеличивают угол зрения в десятки и сотни раз. Второе преимущество телескопа по сравнению с глазом заключается в том, что телескоп собирает гораздо больше света, чем зрачок человеческого глаза, имеющий даже в полной темноте диаметр не более 8 мм. Очевидно, что количество света, собираемого телескопом, во столько раз больше, во сколько площадь объектива больше площади зрачка. Это отношение равно отношению квадратов диаметров объектива и зрачка.

Известно три составляющих диапазона инфракрасного излучения: коротковолновая, средневолновая и длинноволновая область. Длинноволновую область иногда называют терагерцовым излучением. Доказано, что земная атмосфера пропускает инфракрасное излучение только определенного диапазона: 0,75-5 мкм. Для остальной части лучей она непрозрачна. Тем не менее, инфракрасное наблюдение активно используется в астрономии с 19 века. С помощью инфракрасных телескопов зачастую можно сделать такие наблюдения, которые невыполнимы с помощью обычной астрономической техники. Основателем инфракрасной астрономии принято считать британского ученого Чарльза Пиацци Смита, который в 1856 году первым зарегистрировал тепловое излучение Луны.

Принцип действия инфракрасного телескопа состоит в принятии и обработке теплового излучения. Основным элементом первых радиотелескопов была полоска фольги, обладающая черной поверхностью. Если через фольгу пропустить ток, то при изменении температуры металла, меняется его сопротивление. Следовательно, изменяются и показатели тока. В зависимости от этих показателей можно рассчитать интенсивность теплового излучения. Существуют телескопы, которые одновременно являются оптическими и инфракрасными, например знаменитый Хаббл (Приложение № 7). Тепловые лучи отражаются обычным телескопическим объективом и фокусируются в одной точке, где размещается прибор, измеряющий тепло. Также существуют инфракрасные фильтры, пропускающие только тепловые лучи. С такими фильтрами происходит фотографирование.

Изучив материал по теме исследования, решили сделать телескоп сами.

В качестве объектива использовали два стекла для очков (мениски) по +0,5 диоптрии, расположив их выпуклыми сторонами одно наружу, а другое вовнутрь на расстоянии 30 мм одно от другого. Между ними поставили диафрагму с отверстием диаметром около 30 мм.

Для окуляра взяли лупу с 8 кратным увеличением.

Трубу телескопа, в которой укрепляется объектив, сделали из бумаги; можно, из пластмассы сделали выдвижную трубку меньшего диаметра для окуляра. Главную трубу делаем сантиметров на десять короче фокусного расстояния объектива-90 см. Длина окулярной трубки около 40 см.

Линзу объектива укрепили в передней части трубы с помощью оправы, состоящей из 2 картонных колец с разрезом и 2 коротких бумажных трубок чуть меньшего диаметра, чем линза. С помощью этих трубок линза плотно зажимается между кольцами.

Чтобы было удобнее вести наблюдение, изготовили для телескопа штатив, сделали деревянный азимутальный штатив, на котором труба поворачивается вокруг двух осей: вертикальной и горизонтальной. Трубу на другом конце горизонтальной оси уравновесили грузом. Чтобы не приходилось поддерживать все время трубу рукой, сделали два стопорных винта: для вертикальной и горизонтальной осей.

С помощью сделанного нами рефрактора, который увеличивает в 33 раза, мы сможем наблюдать горы на Луне, кольца Сатурна, фазы Венеры, диск Юпитера и 4 его спутника, двойные звезды, некоторые звездные скопления — Плеяды, Ясли. Солнечные пятна будем наблюдать, проецируя изображение Солнца на экран - лист белой бумаги, защитив его от прямых лучей Солнца куском картона с отверстием посредине, надетым на трубу. Для того, чтобы рассчитать увеличение телескопа необходимо фокусное расстояние объектива разделить на фокусное расстояние окуляра.

В заключении можно сделать следующие выводы:

1. изучив теоретический материал по теме, установили, что существует большое разнообразие телескопов, узнали историю их создания.

2. сконструировав модель телескопа, можно наблюдать тела Вселенной.

С древних времен наблюдают астрономы за процессами, происходящими во Вселенной. Их открытия связаны, как правило, с появлением новых изобретений и технологий. Использование телескопа привело к резкому скачку количества открытий и существенному расширению области знаний о космических объектах. Дальнейшее увеличение мощности астрономических приборов продолжало увеличивать и количество открытий, сделанных с их помощью. Современная аппаратура способна обнаруживать даже невидимые глазу космические излучения. Благодаря таким приборам в течение XX- XX1 века во Вселенной было сделано больше открытий, чем за всю историю человечества.

Список используемой литературы и Интернет ресурсов:

1. Амбарцумян В.А. Загадки Вселенной.- М.: Педагогика, 1987.

2. Всё обо всём. Энциклопедия. – М: Аванта-Плюс, 2000.

3. Гурштейн А.А. Извечные тайны неба.- Просвещение, 1984.

7. Энциклопедический словарь юного астронома/ Сост. Н.П. Ерпылев. – М.: Педагогика, 1980.

Орбитальный телескоп НАСА Кеплер был запущен для поиска похожих на Землю планет, вращающихся вокруг других звезд. Он обнаружила более 2600 таких “экзопланет”, в том числе многие, которые являются перспективными местами для существования жизни.

Орбитальный телескоп был назван в честь знаменитого немецкого астронома Иоганна Кеплера (1571-1630).

Основные даты

7 Марта 2009 года: Запуск;

13 мая 2009 года: “Кеплер” начинает свою миссию;

Декабрь 2011 года: НАСА объявляет, что Кеплер обнаружил первую планету, Кеплер-22b, в обитаемой зоне звезды за пределами нашей Солнечной системы;

30 октября 2018 года: НАСА объявляет, что у Кеплера закончилось топливо и он будет выведен на свою текущую орбиту.

Основные цели телескопа Кеплер

Кеплер был оборудован для поиска планет размером от половины до двух размеров Земли (земных планет) в обитаемой зоне их звезд, где жидкая вода могла бы существовать в естественном состоянии на поверхности планеты.

Его научные цели включали определение численности этих планет и распределение размеров и форм их орбит, оценку количества планет и определение свойств звезд, имеющих планетные системы.

Кеплер обнаружил планеты, наблюдая транзиты, или крошечные провалы в яркости звезды. Они происходят, когда планета проходит перед звездой.

Космический аппарат представлял собой в основном один прибор – специально спроектированный телескоп с апертурой 1 метр в диаметре и матрица датчиков изображения с космическим аппаратом, построенным вокруг него. Диаметр зеркала телескопа составлял 1,4 метра, одно из самых больших зеркал за пределами земной орбиты.

Телескоп был разработан для мониторинга около 100 000 звезд главной последовательности в течение 3,5 лет.

Обнаружение экзопланет

Телескоп Кеплер был запущен 7 марта 2009 года на начальную орбиту 185 × 185 км с наклоном 28,5º вокруг Земли. После отработки первой ступени вторая ступень вывела “Кеплер” на траекторию выхода на солнечную орбиту, в конечном итоге выйдя в гелиоцентрическую орбиту на 0,97×1,041 а.е. с наклоном 0,5º к солнечной эклиптике.

Для улучшения разрешения 23 апреля был оптимизирован фокус телескопа, сдвинув основное зеркало на 40 микрометров и наклонив его на 0,0072º.

Менее чем через месяц, 13 мая, телескоп Кеплер завершил пусконаладочные работы и приступил к выполнению своей миссии. В течение первых шести недель своей работы он обнаружил 5 экзопланет: Кеплер 4b, 5b, 6b, 7b и 8b о которых НАСА объявило в январе 2010 года.

В апреле 2010 года ученые опубликовали результаты, которые показали, что Кеплер обнаружил первую подтвержденную планетную систему с более чем одной планетой, проходящей через одну и ту же звезду, Кеплер-9. Это открытие было сделано в результате исследования более 156 000 звезд в течение 7 месяцев.

Планетная система, обращающаяся вокруг желтого карлика Кеплер-11, расположенного примерно в 2 000 световых годах от Земли, включала в себя шесть планет. В феврале 2011 года НАСА объявило, что эти планеты больше Земли, причем самые крупные из них сравнимы по размеру с Ураном и Нептуном.

В сентябре 2011 года было объявлено об открытии планеты Кеплер-16b, вращающейся вокруг двух звезд, где можно наблюдать двойной закат, очень похожий на вымышленную планету Татуин, изображенную в фильме “Звездные войны”. В декабре 2011 года НАСА объявило, что телескоп обнаружил свою первую планету, Керлер-22b, в обитаемой зоне звезды.

Читайте также: