Kepler-romobservatoriet

Kepler var utstyrt for å oppdage planeter når de passerer foran sine stjerner, sett fra Jorden. Romobservatoriet skulle observere bare ett stort område av himmelen i stjernebildet Cygnus (Svanen) og Lyra (Lyren). I løpet av 3,5 års observasjonstid skulle det måle variasjoner i lysstyrken fra over 100 000 stjerner samtidig hvert 30. minutt, variasjoner som oppstår når en passerende planet stenger for en liten del av stjernelyset. Effekten varer fra omkring en time til en halv dag, avhengig av banen og stjernetypen.

Denne metoden å finne ekstrasolare planeter på kalles transittmetoden, og den vanskeliggjøres ved at lysreduksjonen er forsvinnende liten i forhold til lysmengden stjernene avgir. Metoden kan dessuten kun brukes når stjernens planetsystem ligger omtrent i synslinjen. For en ekstrasolar planet i en bane tilsvarende Jordens, er sjansen for at den skal bevege seg omtrent i synslinjen og gi transitt mindre enn én prosent. Og for en planet på størrelse med Jorden i bane rundt en sollignende stjerne er reduksjonen i lysstyrke bare 84 deler per million, eller mindre enn 0,01 prosent. Dette tilsvarer reduksjonen en loppe ville gi hvis den beveget seg foran en billykt flere kilometer unna.

Keplers ene instrument, et fotometer (lysmåler), var så følsom at den kunne registrere en endring på bare 20 deler per million i lyset fra stjerner som er mer enn 250 ganger svakere enn man kan se med det blotte øye. Tre eller flere passeringer med en stabil omløpstid, lysstyrkeendring og varighet ga god indikasjon på en ekstrasolar planet, men en bekreftelse måtte innhentes gjennom bakkeobservasjoner for å være på den sikre siden. Bakkeobservasjonene kunne dessuten gi ytterligere opplysninger om stjernen, for eksempel størrelse, masse og alder.

De første planetene oppdaget av Kepler forventes å bli gasskjemper på størrelse med Jupiter og i lave baner og med omløpstid på bare noen få dager. Planeter i Merkur-lignende baner (se Merkur) med omløpstider på kun få måneder vil kunne oppdages ved hjelp av data fra første års operasjon. Funn av ekstrasolare planeter på størrelse med Jorden vil kanskje kreve en full operasjonstid på 3,5 år.

Fotometeret omfatter et Schmidt-teleskop som har et 1,4 meters primærspeil med sølvbelegg. I fokalplanet er det montert 42 lysfølsomme silisiumbrikker (CCD-detektor) av samme type som finnes i fjernsyns- og digitalkameraer. Hver brikke måler 59x28 mm og har 2200x1024 piksler eller bildeelementer, altså totalt 95 megapiksler. Synsfeltet tilsvarer omtrent det samme som håndflaten på en armlengdes avstand, men fotometeret er altså ikke et kamera. Datalagringskapasiteten er omkring 60 dager.

Kepler har en diameter på 2,7 meter og en høyde på 4,7 meter. Oppskytningsvekten var 1052 kilo, hvorav selve observatoriet utgjorde 563 kilo, fotometeret 478 kilo og motordrivstoffet (hydrazin) 12 kilo. Strømforsyningen er basert på 10,2 kvadratmeter solcellepaneler med en samlet effekt på noe i overkant av 1,1 kW.

For å oppnå en størst mulig grad av fri sikt mot observasjonsområdet, måtte Kepler plasseres i en solbane. I en lav jordbane ville Jorden ha skygget for nesten halvparten av himmelen, og kravet til innretting av observatoriet blir stort. Selv i den bortimot sirkelformede solbanen med en omløpstid på 371 dager kunne sikten fra Kepler hemmes av Solen, Jorden og Månen. For å unngå disse himmellegemene i siktlinjen har forskerne valgt et observasjonsområde (Cygnus og Lyra) som ligger over ekliptikken. Solbanen med nærhet til Jorden ga dessuten gode kommunikasjonsmuligheter og relativt få innrettingsproblemer.

Det tok lengre tid enn beregnet å få skutt opp Kepler. Observatoriet ble til å begynne med brukt i en samtidig studie av lyset fra rundt 150 000 stjerner i ett utsnitt av himmelen. Dette arbeidet ble imidlertid utført med en høy grad av effektivitet, og resulterte i den bekreftede oppdagelsen av 2327 eksoplaneter frem til utgangen av oktober 2018.

14. juli 2012 hadde det første av fire reaksjonshjul i observatoriets system for fin-innretting sviktet, og da feil oppsto i et annet hjul 11. mai 2013 kunne Kepler ikke lenger orientere seg selv for de nøyaktige transittmålingene. Og avstanden ut til solbanen gjorde det umulig å sende av gårde et servicemannskap. Derimot dukket det opp et forslag om å stabilisere observatoriet ved hjelp av soltrykket, og dette forslaget ble vedtatt 16. mai 2014 under betegnelsen K2.

I K2-perioden studerte Kepler en rekke forskjellige kosmiske objekter og fenomener – fra kometer og asteroider i vårt eget solsystem til fjerne supernovaeksplosjoner – i løpet av en periode på 80 dager. Planetjakt fortsatte imidlertid som en viktig aktivitet, med 354 planeter oppdaget med K2 alene.

• ekstrasolar planet

• NASAs nettside om Kepler