ケプラー宇宙望遠鏡は、 NASAが2009年に打ち上げた、地球サイズの惑星を他の恒星の周りを周回する探査機として運用を停止した宇宙望遠鏡です。[ 5] [6] [7]天文学者ヨハネス・ケプラーにちなんで名付けられたこの宇宙望遠鏡は、[8]地球を周回する太陽中心軌道に打ち上げられました。主任研究者はウィリアム・J・ボルッキでした。9年半の運用後、望遠鏡の反応制御システムの燃料が枯渇し、NASAは2018年10月30日に退役を発表しました。[9] [10]

ケプラーは、地球の天の川銀河領域の一部を調査し、ハビタブルゾーン内またはその付近にある地球サイズの 太陽系外惑星を発見し、天の川銀河の数十億の恒星のうち、そのような惑星を持つ恒星がいくつあるかを推定するために設計されました。[6] [11] [12]ケプラーの唯一の科学機器は、固定視野内の約15万個の主系列星の明るさを継続的に監視する光度計です。 [13]これらのデータは地球に送信され、その後分析され、主星の前を横切る太陽系外惑星によって引き起こされる周期的な減光を検出しました。地球から軌道が真横に見える惑星のみが検出できました。ケプラーは530,506個の恒星を観測し、2023年6月16日現在で2,778個の確認済み惑星を検出しました。[14] [15]

歴史

発売前の開発

ケプラー宇宙望遠鏡は、NASAの比較的低コストの科学ミッションであるディスカバリー計画の一部でした。望遠鏡の建設と初期運用はNASAジェット推進研究所によって管理され、ボール・エアロスペース社がケプラー飛行システムの開発を担当しました。[16]

2006年1月、NASAの予算削減と統合により、プロジェクトの打ち上げは8ヶ月遅れた。[17] 2006年3月には財政問題によりさらに4ヶ月遅れた。[17]この間、高利得アンテナはジンバルを使用する設計から宇宙船のフレームに固定する設計に変更され、コストと複雑さが軽減されたが、観測日が月に1日減少した。[18]

発売後

エイムズ研究センターは、地上システムの開発、2009年12月以降のミッション運用、科学データ分析を担当していました。当初計画されていた寿命は3年半でしたが[19] 、恒星と探査機の両方からのデータに予想以上のノイズが含まれたため、すべてのミッション目標を達成するには追加の時間が必要になりました。当初、2012年にはミッションは2016年まで延長される予定でしたが[20] 、2012年7月14日に、探査機の向きを変えるために使用される4つのリアクションホイールの1つが回転を停止し、他の3つがすべて信頼できる場合にのみミッションを完了できるという状況になりました[21] 。その後、2013年5月11日に2つ目のホイールが故障し、科学データの収集が不可能になり[22]、ミッションの継続が脅かされました[23] 。

2013年8月15日、NASAは故障した2つのリアクションホイールの修理を断念したと発表した。これは現在のミッションの修正が必要になったことを意味したが、必ずしも惑星探査の終焉を意味するものではなかった。NASAは宇宙科学コミュニティに対し、「残りの2つの正常なリアクションホイールとスラスターを用いた太陽系外惑星探査を含む可能性のある」代替ミッション計画を提案するよう要請していた。[24] [25] [26] [27] 2013年11月18日、K2「セカンドライト」計画が発表された。これは、故障したケプラー宇宙望遠鏡を活用し、より小型で暗い赤色矮星の周囲に存在する居住可能な惑星を検出することを含むものだった。[28] [29] [30] [31] 2014年5月16日、NASAはK2ミッションの延長を承認したと発表した。[32]

2015年1月までに、ケプラーとその追跡観測により、約440の恒星系で1,013個の確認済み太陽系外惑星と、さらに3,199個の未確認の惑星候補が発見されました。[B] [33] [34]ケプラーのK2ミッションでは4つの惑星が確認されました。[35] 2013年11月、天文学者はケプラー宇宙ミッションのデータに基づき、天の川銀河内の太陽のような恒星と赤色矮星のハビタブルゾーンを周回する、地球サイズの岩石惑星が400億個も存在する可能性があると推定しました。[36] [37] [38]これらの惑星のうち110億個が太陽のような恒星を周回していると推定されています。[39]科学者によると、最も近いそのような惑星は3.7パーセク（12 光年）離れている可能性があります。[36] [37]

2015年1月6日、NASAはケプラー宇宙望遠鏡によって1,000番目の太陽系外惑星が発見されたと発表した。新たに確認された太陽系外惑星のうち4つは、それぞれの恒星のハビタブルゾーン内を周回していることが判明した。4つのうち3つ、ケプラー438b、ケプラー442b、ケプラー452bはほぼ地球サイズで、岩石惑星である可能性が高い。残りの1つ、ケプラー440bはスーパーアースである。[40] 2016年5月10日、NASAはケプラーによって発見された1,284個の新しい太陽系外惑星を確認した。これは、これまでで最大の惑星発見である。[41] [42] [43]

ケプラーのデータは科学者が超新星を観測し理解するのにも役立っています。測定は30分ごとに収集されたため、光度曲線はこの種の天文現象の研究に特に役立ちました。[44]

2018年10月30日、探査機の燃料切れを受け、NASAは望遠鏡の退役を発表しました。[45]同日、望遠鏡は停止され、9年間の運用に終止符を打ちました。ケプラーは運用期間中に530,506個の恒星を観測し、2,662個の太陽系外惑星を発見しました。[15] 2018年に打ち上げられたNASAの新しいミッションであるTESSは、太陽系外惑星の探査を継続しています。[46]

宇宙船の設計

アストロテックの危険物処理施設におけるケプラー
ケプラーのインタラクティブ3Dモデル
ケプラーのインタラクティブ3Dモデル

この望遠鏡の質量は1,039kg (2,291ポンド)で、直径0.95メートル (37.4インチ)の前方補正プレート(レンズ)を備えたシュミットカメラが内蔵されており、直径1.4メートル (55インチ)の主鏡に光を当てる。打ち上げ当時、このカメラは地球周回軌道外の望遠鏡としては最大の鏡であったが、[47]数ヶ月後にハーシェル宇宙望遠鏡がこのタイトルを奪った。この望遠鏡の視野は115度平方(直径約12度)で、腕を伸ばした時の握りこぶしの大きさとほぼ同じである。このうち105度平方は科学的品質で、ケラレは11%未満である。光度計はソフトフォーカスになっており、鮮明な画像ではなく、優れた測光性能を提供している。ミッションの目標は、6.5 時間の積算で、太陽に似たm (V) = 12 の恒星の複合差分測光精度 (CDPP) を 20 ppm にすることでしたが、観測結果はこの目標に達しませんでした (ミッションのステータスを参照)。

カメラ

ケプラーのイメージセンサーアレイ。このアレイはペッツヴァル像面湾曲を考慮して湾曲している。

宇宙船のカメラの焦点面は、それぞれ2200×1024ピクセルの 50 × 25 mm (2 × 1 インチ) CCD 42 個で構成され、合計解像度は 94.6メガピクセルです[ 48] [49]。これは当時、宇宙に打ち上げられたカメラシステムとしては最大でした。[19]このアレイは、外部のラジエーターに接続されたヒートパイプで冷却されました。[1] CCD は 6.5 秒ごとに読み出され (飽和を制限するため)、短い周期のターゲットの場合は 58.89 秒間、長い周期のターゲットの場合は 1765.5 秒間 (29.4 分) オンボードで加算されました。[50]前者ではより広い帯域幅が必要であるため、長い周期のターゲットの 170,000 と比較して、これらの数は 512 に制限されました。しかし、ケプラーは打ち上げ時点でNASAのミッションの中で最も高いデータレートを誇っていたにもかかわらず[要出典] 、 9500万画素の29分間の積算データは、地球に保存して送信できるデータ量を超えていました。そのため、科学チームは、対象となる各星に関連する関連画素を事前に選択し、画素の約6%（5.4メガピクセル）に相当させました。これらの画素のデータは再量子化、圧縮され、他の補助データとともに、搭載された16ギガバイトのソリッドステートレコーダーに保存されました。保存およびダウンリンクされたデータには、科学星、pモード星、スミア、黒レベル、背景、全視野画像が含まれています。[1] [51]

主鏡

ケプラー望遠鏡と他の有名な光学望遠鏡の主鏡のサイズの比較。

ケプラーの主鏡は直径1.4メートル（4.6フィート）です。ガラスメーカーのコーニング社が超低膨張（ULE）ガラスを用いて製造したこの鏡は、同サイズの固体鏡のわずか14%の質量になるよう特別に設計されています。[52] [53]比較的小さな惑星が恒星の前を通過する際に検出できる十分な感度を持つ宇宙望遠鏡システムを製造するには、主鏡に非常に高い反射率のコーティングが必要でした。サーフェスオプティクス社はイオンアシスト蒸着法を用いて、反射率を高めるための9層の銀保護コーティングと、色中心の形成と大気中の水分吸収を最小限に抑えるための誘電体干渉コーティングを施しました。[54] [55]

測光性能

測光性能に関しては、ケプラーは地球上のどの望遠鏡よりもはるかに優れた性能を発揮したが、設計目標には達しなかった。目標は、12等星の6.5時間積算で20ppm（百万分率）の複合測光精度（CDPP）を達成することだった。この推定値は、恒星の変動を10ppm（太陽とほぼ同値）と見込んで算出された。この観測で得られた精度は、星や焦点面上の位置によって大きく異なり、中央値は29ppmだった。追加ノイズの大部分は、恒星自体の変動が予想よりも大きく（想定の10.0ppmに対して19.5ppm）、残りは機器のノイズ源によるものとみられ、予測よりもわずかに大きい。[56] [48]

太陽のような恒星を通過する地球サイズの惑星の明るさの減少はわずか80 ppmと小さいため、ノイズの増加により、個々の通過は意図された4 σではなく、2.7 σイベントにしかなりません。つまり、検出を確実にするためには、より多くのトランジットを観測する必要があります。科学的な推定では、トランジットする地球サイズの惑星をすべて発見するには、当初計画されていた3.5年ではなく、7年から8年かかるミッションが必要であることが示されました。[57] 2012年4月4日、ケプラーミッションは2016会計年度まで延長することが承認されましたが、[20] [58]これも残りのリアクションホイールがすべて健全な状態を維持することに依存しており、これは当てはまりませんでした（後述のリアクションホイールの問題を参照）。

軌道と方向

天の川銀河におけるケプラーの検索ボリューム
ケプラーの地球に対する動きは、同じような軌道でゆっくりと地球から離れ、時間の経過とともに螺旋のように見える。

ケプラーは太陽を周回しており[59] [60]、地球の掩蔽や迷光、地球の軌道に固有 の重力の摂動やトルクを回避しています。

NASAはケプラーの軌道を「地球追従軌道」と表現しています。[61]公転周期372.5日のケプラーは、ゆっくりと地球から遠ざかっています（年間約1600万マイル）。2018年5月1日現在、地球からケプラーまでの距離は約0.917 AU（1億3700万km）です。[3]これは、約26年後にケプラーが太陽の反対側に到達し、51年後に地球付近に戻ることを意味します。

2013年まで、この光度計は北半球 の白鳥座、こと座、りゅう座にある領域を指し示していました。この領域は黄道面から大きく外れているため、探査機が周回する際に太陽光が光度計に入射することはありませんでした。[1]これは、太陽系が銀河中心を周回する方向でもあります。したがって、ケプラーが観測した恒星は、銀河中心から太陽系とほぼ同じ距離にあり、銀河面にも近い位置にあります。この事実は、希土類仮説が示唆するように、銀河系内の位置が生命居住可能性と関連している場合に重要です。

向きは、ハッブル宇宙望遠鏡で使用されているような速度感知ジャイロスコープの代わりに、機器の焦点面に配置された精密誘導センサーを使用して回転を感知することによって3軸安定化されます。[1]また、反応ホイールとヒドラジンスラスタ[62]を使用して向きを制御します。

ケプラーの軌道のアニメーション
  ケプラー ·   地球 ・   太陽

オペレーション

ケプラーの軌道。望遠鏡の太陽電池パネルは夏至と冬至、春分と秋分に調整されました。

ケプラーは、コロラド州ボルダーを拠点とし、ボール・エアロスペース・アンド・テクノロジーズ社との契約に基づき、大気宇宙物理学研究所（LASP）によって運用された。宇宙船の太陽電池パネルは、夏至と冬至、春分と秋分に太陽に面するように回転し、太陽電池パネルに当たる太陽光の量を最適化し、放熱器を深宇宙に向け続けた。[1] LASPとボール・エアロスペース社は共同で、コロラド大学研究キャンパスにあるミッション運用センターから宇宙船を制御した。LASPは、ミッションの重要な計画立案と科学データの初期収集および配信を行っている。ミッションの初期のライフサイクルコストは、3年半の運用資金を含めて6億ドルと見積もられた。[1] 2012年、NASAはケプラーミッションには年間約2千万ドルの費用が2016年まで提供されると発表した。[20]

コミュニケーション

NASAは、コマンドとステータスの更新のために、 Xバンド通信リンクを用いて週2回宇宙船と交信した。科学データは、月に1回、 K aバンドリンクを用いて最大約550  kB/sのデータ転送速度でダウンロードされた。高利得アンテナは操縦不能であるため、地球との通信のために宇宙船全体と高利得アンテナの向きを変えるため、データ収集は1日中断された。[1] : 16 ケプラーはK aバンドデータダウンリンクを 採用した最初のミッションであり、この技術を用いた後のミッションのためにK aバンドの性能に関する統計情報を収集した。[63]

ケプラー宇宙望遠鏡は、搭載された独自の部分的な分析を実施し、帯域幅を節約するためにミッションに必要と思われる科学的データのみを送信しました。[64]

データ管理

LASPでのミッション運用中に収集された科学データテレメトリは、メリーランド州ボルチモアのジョンズホプキンス大学キャンパスにある宇宙望遠鏡科学研究所にあるケプラーデータ管理センター（DMC）に処理のために送られる。科学データテレメトリはDMCでデコードされ、未較正のFITS形式の科学データ製品に処理された後、較正と最終処理のためにNASAエイムズ研究センターの科学運用センター（SOC）に渡される。NASAエイムズ研究センター（ARC）のSOCは、ケプラー科学オフィス（SO）が使用する科学データを処理するために必要なツールの開発と運用を行っている。したがって、SOCはSOとSOCが共同で開発した科学的アルゴリズムに基づいてパイプラインデータ処理ソフトウェアを開発している。運用中、SOCは以下のことを行う。[65]

  1. DMCから未補正のピクセルデータを受信
  2. 分析アルゴリズムを適用して、各星の較正されたピクセルと光度曲線を生成します。
  3. 惑星の検出のためのトランジット検索（閾値通過イベント、またはTCE）を実行します。
  4. さまざまなデータ製品の一貫性を評価して誤検出を排除することにより、候補惑星のデータ検証を実行します。

SOCは測光性能を継続的に評価し、その性能指標をSOとミッションマネジメントオフィス（MMO）に提供します。さらに、SOCはカタログや処理済みデータを含むプロジェクトの科学データベースを開発・維持します。SOCは最終的に、較正済みのデータ製品と科学的成果をDMCに返却し、長期アーカイブ化とSTScIマルチミッションアーカイブ（MAST）を通じて世界中の天文学者への配布を行います。

リアクションホイールの故障

2012年7月14日、探査機の精密な指向に使用されていた4つのリアクションホイールのうち1つが故障しました。 [66]ケプラーは望遠鏡を正確に向けるのに3つのリアクションホイールしか必要としませんが、もう1つ故障すると探査機は本来の視野に向けることができなくなります。[67]

2013年1月に問題が発覚した後、2013年5月11日に2つ目のリアクションホイールが故障し、ケプラーの主要ミッションは終了しました。探査機はセーフモードに移行し、2013年6月から8月にかけて、故障したホイールの復旧を試みるための一連のエンジニアリングテストが実施されました。2013年8月15日までに、ホイールは復旧不可能と判断され、[24] [25] [26]、探査機の残存能力を評価するためのエンジニアリングレポートの作成が指示されました。[24]

この努力は最終的に、黄道付近のさまざまな領域を観測する「K2」後継ミッションにつながりました。

リアクションホイールの故障は、リアクションホイール内の鋼製ボールベアリング間のアーク放電によって引き起こされたピットに起因することが判明しました。このアーク放電は、太陽からのコロナ質量放出（CME）によって引き起こされました。ケプラーが地球から遠く離れていたことが原因特定に役立ちました。CMEがケプラーに到達してから地球に到達するまでにかなりの時間差があったためです。[68]

運用タイムライン

2009年3月7日のケプラーの打ち上げ
ケプラーの内部イラスト
2004年のケプラーのイラスト

2006年1月、NASAの予算削減と統合により、プロジェクトの打ち上げは8か月遅れました。[17] 2006年3月には財政問題によりさらに4か月遅れました。[17]このとき、コストと複雑さを軽減するために、高利得アンテナはジンバル設計から宇宙船のフレームに固定されるものに変更されましたが、1か月に1日の観測日が犠牲になりました。

ケプラー望遠鏡は、2009年3月7日午前3時49分57秒（UTC）、フロリダ州ケープカナベラル空軍基地からデルタIIロケットに搭載されて打ち上げられた。[2] [5]打ち上げは成功し、3段階すべてが午前4時55分（UTC）までに完了した。望遠鏡のカバーは2009年4月7日に切り離され、翌日にはファーストライト画像が撮影された。 [69] [70]

2009年4月20日、ケプラーの科学チームは、焦点をさらに改良することで科学的成果が劇的に増加すると結論付けたことが発表された。[71] 2009年4月23日、主鏡を焦点面に向かって40 マイクロメートル（1.6千分の1インチ）移動させ、主鏡を0.0072度傾けることで焦点を最適化することに成功したことが発表された。[72]

2009年5月13日午前0時01分（UTC）、ケプラーは運用段階を無事に完了し、他の恒星の周りの惑星の探索を開始しました。[73] [74]

2009年6月19日、探査機ケプラーは最初の科学データを地球へ送信することに成功しました。6月15日、ケプラーがセーフモードに入っていたことが判明しました。2回目のセーフモード事象は7月2日に発生しました。どちらの場合も、プロセッサのリセットが原因となりました。探査機は7月3日に通常運用を再開し、6月19日以降に収集された科学データは同日中にダウンリンクされました。[75] 2009年10月14日、これらのセーフモード事象の原因は、RAD750プロセッサに電力を供給する低電圧電源であることが判明しました。[76] 2010年1月12日、焦点面の一部から異常なデータが送信されました。これは、ケプラーの42個のCCDのうち2個をカバーする焦点面MOD-3モジュールに問題があることを示唆していました。2010年10月時点で、このモジュールは「故障」とされていましたが、カバー範囲は依然として科学目標を上回っていました。[77]

ケプラーは約12ギガバイトのデータを月に1回ダウンリンクしました[78] 。 [79]

視野

ケプラーの調査地域と天体座標の図

ケプラーは空に対して固定された視野（FOV）を持っています。右の図は、天体座標と検出器の視野の位置、そして左上隅を天球上の北としていくつかの明るい星の位置を示しています。ミッションのウェブサイトには、特定の天体がFOV内に含まれるかどうか、また含まれる場合は光検出器の出力データストリームのどこに現れるかを計算する計算機[80]があります。太陽系外惑星候補のデータは、追跡観測を行うために ケプラー追跡プログラム（KFOP）に提出されます。

白鳥座、こと座、りゅう座における光度計の視野

ケプラーの視野は115平方度で、これは全天の約0.25%、つまり「北斗七星の約2杯分」に相当します。したがって、全天をカバーするには、ケプラーのような望遠鏡を約400台必要とします。[81]ケプラーの視野には、はくちょう座、こと座、りゅう座の一部が含まれています。

ケプラーの視野内で最も近い恒星系は、太陽から15光年離れた三重星系グリーゼ1245です。太陽から22.8±1光年離れた褐色矮星WISE J2000+3629も視野内にありますが、主に赤外線波長の光を放射しているため、ケプラーには見えません。

目的と方法

ケプラー宇宙望遠鏡の科学的目的は、惑星系の構造と多様性を探ることであった。[82]この宇宙船は、いくつかの重要な目標を達成するために、多数の恒星を観測する。

  • 多種多様なスペクトル型の恒星のハビタブルゾーン内またはその付近に、地球サイズ以上の惑星（しばしば「ゴルディロックス惑星」と呼ばれる）[83]がいくつ存在するかを決定すること。
  • これらの惑星の軌道の大きさと形状の範囲を決定します。
  • 多重恒星系に存在する惑星の数を推定します。
  • 短周期巨大惑星の軌道サイズ、明るさ、大きさ、質量、密度の範囲を決定します。
  • 他の技術を使用して、発見された各惑星系の追加メンバーを特定する。
  • 惑星系が存在する恒星の特性を決定します。

これまで他のプロジェクトで発見された太陽系外惑星のほとんどは巨大惑星で、ほとんどが木星かそれ以上の大きさだった。ケプラーは、地球の質量の30分の1から600分の1、つまり地球の質量に近い惑星を探すように設計された（木星の質量は地球の318倍）。使用された方法はトランジット法で、惑星が恒星の前を繰り返し通過することを観測する。これにより恒星の見かけの等級がわずかに減少し、地球サイズの惑星の場合は約0.01％になる。この明るさの減少の度合いから惑星の直径を推定でき、トランジットの間隔から惑星の公転周期を推定できる。そこから、軌道長半径（ケプラーの法則を使用）と温度（恒星放射モデルを使用）の推定値を計算できる。[要出典]

ランダムな 惑星の軌道が恒星の視線方向に沿っている確率は、恒星の直径を軌道の直径で割った値である。 [84]地球サイズの惑星が1  AUの太陽に似た恒星を横切る場合、その確率は0.47%、つまり約210分の1である。[84]金星のような惑星が太陽に似た恒星を横切る場合、その確率はわずかに高くなり、0.65%となる。[84]主星に複数の惑星がある場合、特定の系の惑星は同様の平面を公転する傾向があると仮定すると、追加の検出確率は初期検出確率よりも高くなる。この仮定は、現在の惑星系形成モデルと一致する。[84]例えば、宇宙人がケプラーのような探査機で地球の太陽面通過を観測した場合、金星の太陽面通過も観測される可能性は7%である。[84]

ケプラーの 115 度2 の視野は、わずか10 平方分角の視野しかないハッブル宇宙望遠鏡よりも、地球サイズの惑星を検出する可能性がはるかに高い。さらに、ケプラーは惑星の通過を検出することに専念しているのに対し、ハッブル宇宙望遠鏡は広範囲の科学的疑問に対処するために使用され、1 つの恒星領域のみを継続的に観測することはめったにない。ケプラーの視野にある約 50 万の恒星のうち、約 15 万の恒星が観測対象として選ばれた。9 万以上が主系列上またはその近くにある G 型恒星である。したがって、ケプラーは、それらの恒星の明るさがピークになる 400～865 nm の波長に敏感になるよう設計されている。ケプラーが観測した恒星のほとんどは見かけの視等級が 14～16 だが、観測される最も明るい恒星は見かけの視等級が 8 以下である。惑星候補のほとんどは、追跡観測を行うには暗すぎるため、当初は確認されないと予想されていました。[85]選ばれたすべての恒星は同時に観測され、探査機は30分ごとにそれらの明るさの変化を測定します。これにより、トランジットを観測する可能性が高まります。このミッションは、他の恒星を周回する惑星を検出する確率を最大化するように設計されました。[1] [86]

ケプラーは恒星の減光が惑星の通過によって引き起こされたことを確認するために少なくとも3回のトランジットを観測する必要があり、また、より大きな惑星はより容易に信号を発するため、科学者たちは最初に報告される結果は、太陽に近い軌道にある木星サイズのより大きな惑星であると予想していました。これらの最初の報告は、運用開始からわずか数ヶ月後に行われました。より小さな惑星や太陽から遠い惑星の発見にはより長い時間がかかり、地球に匹敵する惑星の発見には3年以上かかると予想されていました。[59]

ケプラーによって収集されたデータは、様々なタイプの変光星の研究や恒星震学にも使用されており、[87]特に太陽のような振動を示す恒星の研究に使用されています。[88]

惑星発見プロセス

惑星候補の発見

ケプラーの想像図

ケプラーがデータを収集し、送信すると、生の光度曲線が作成されます。その後、探査機の回転による輝度の変化を考慮して輝度値が調整されます。次のステップは、光度曲線をより観測しやすい形式に処理（折り畳み）し、ソフトウェアにトランジットの可能性のある信号を選別させることです。この時点で、トランジットの可能性のある特徴を示す信号は閾値交差イベントと呼ばれます。これらの信号は2回の検査ラウンドで個別に検査され、最初のラウンドは1つのターゲットにつきわずか数秒しかかかりません。この検査により、誤って選択された非信号、機器ノイズによる信号、そして明らかな食連星が除去されます。[89]

これらのテストに合格した閾値超過イベントは、ケプラー関心天体（KOI）と呼ばれ、KOIの指定を受け、アーカイブされます。KOIは、ディスポジション（dispositioning）と呼ばれるプロセスでさらに徹底的に検査されます。ディスポジションを通過したものは、ケプラー惑星候補と呼ばれます。KOIアーカイブは静的なものではないため、ケプラー候補はさらなる検査によって誤検出リストに掲載される可能性があります。逆に、誤って誤検出と分類されたKOIが、候補リストに戻る可能性もあります。[90]

すべての惑星候補がこのプロセスを経るわけではありません。周連星系惑星は厳密に周期的なトランジットを示さないため、他の方法で調査する必要があります。さらに、第三者研究者は異なるデータ処理方法を用いたり、未処理の光度曲線データから惑星候補を探したりすることもあります。その結果、これらの惑星にはKOIの指定が付されない場合があります。

惑星候補の確認

ケプラーミッション – 新しい太陽系外惑星候補 – 2017年6月19日現在。[91]

ケプラーデータから適切な候補が見つかったら、フォローアップテストで偽陽性を排除する必要があります。

通常、ケプラーの候補天体は、より高性能な地上望遠鏡を用いて個別に撮影され、トランジット信号の輝度特性を汚染する可能性のある背景天体を分離します。[92]惑星候補を除外するもう一つの方法は、天体測定法です。ケプラーは、設計当初の目標ではありませんでしたが、この方法では良好なデータを収集できます。ケプラーはこの方法で惑星質量の天体を検出することはできませんが、トランジットが恒星質量の天体によって引き起こされたかどうかを判断するために使用できます。[93]

他の検出方法を通じて

系外惑星検出法にはいくつか種類があり、候補が実際に惑星であることをさらに証明することで、偽陽性を除外するのに役立ちます。その一つであるドップラー分光法では、地上望遠鏡による追跡観測が必要です。この方法は、惑星が質量が大きい場合、または比較的明るい恒星の周りに位置する場合に有効です。現在の分光器は、比較的暗い恒星の周りに位置する質量の小さい惑星候補を確認するには不十分ですが、この方法は、対象となる恒星の周りに位置する質量の大きい非トランジット惑星候補を発見するために使用できます。[要出典]

ケプラーが撮影した写真。2つの注目地点が枠で囲まれています。天の北は左下隅です。

多惑星系では、惑星はトランジットのタイミング変化によって確認されることが多い。これは、惑星が互いに重力的に摂動を受けている場合、連続するトランジット間の時間差を観察することで可能である。これは、恒星が比較的遠い場合でも、比較的低質量の惑星を確認するのに役立つ。トランジットのタイミング変化は、2つ以上の惑星が同じ惑星系に属していることを示唆する。この方法で、トランジットを行わない惑星が発見されるケースもある。[94]

周連星系惑星は、他の惑星の重力によって擾乱を受ける惑星に比べて、通過間隔の変動がはるかに大きい。また、通過時間も大きく変化する。周連星系惑星の通過タイミングと通過時間の変動は、他の惑星ではなく、主星の公転運動によって引き起こされる。[95]さらに、惑星が十分に質量が大きい場合、主星の公転周期にわずかな変動を引き起こす可能性がある。周連星系惑星は非周期的な通過のため発見が難しいものの、食連星系や背景恒星系では通過のタイミングパターンを模倣できないため、確認ははるかに容易である。[96]

トランジットに加えて、恒星の周りを回る惑星は反射光の変化を受けます。月のように、惑星も満月と新月を繰り返す位相を経ます。ケプラーは恒星から惑星を分離できないため、合成された光しか観測できず、主星の明るさは各軌道で周期的に変化するように見えます。この影響は小さいですが (近距離の巨大惑星を見るのに必要な測光精度は、太陽型の恒星を横切る地球サイズの惑星を検出するのとほぼ同じです)、公転周期が数日以下の木星サイズの惑星は、ケプラーなどの感度の高い宇宙望遠鏡で検出できます。長期的には、この方法はトランジット法よりも多くの惑星を見つけるのに役立つ可能性があります。なぜなら、軌道位相による反射光の変化は惑星の軌道傾斜角にほとんど依存せず、惑星が恒星の円盤の前を通過する必要がないためです。さらに、巨大惑星の位相関数は、その熱特性と大気 (もしあれば) にも左右されます。したがって、位相曲線は、大気粒子の粒径分布など、惑星の他の特性を制限する可能性がある。[97]

ケプラーの測光精度は、ドップラービームによる恒星の明るさの変化や、伴星による恒星の形状変化を観測できるほど高い場合が多い。これらの影響が顕著な場合、これらの影響を利用して、ホット・ジュピター候補を恒星や褐色矮星による誤検出として除外できることもある。[98]しかし、 TrES-2bのような惑星質量の伴星であっても、このような影響が検出される場合がある。[99]

検証を通じて

他の検出方法の少なくとも1つで惑星を検出できない場合、ケプラーの候補が実際の惑星である可能性が、あらゆる偽陽性シナリオの合計よりも著しく大きいかどうかを判断することで、その惑星を確認することができます。最初の方法の一つは、他の望遠鏡でもトランジットを観測できるかどうかを確認することでした。この方法で確認された最初の惑星はケプラー22bで、スピッツァー宇宙望遠鏡でも観測され、他の偽陽性の可能性も分析されました。[100]小さな惑星は一般的に宇宙望遠鏡でしか検出できないため、このような確認にはコストがかかります。

2014年には、「多重度による検証」と呼ばれる新たな確認方法が発表されました。これまで様々な方法で確認された惑星から、ほとんどの惑星系の惑星は、太陽系の惑星と同様に、比較的平坦な平面を周回していることがわかりました。これは、恒星に複数の惑星候補がある場合、それが真の惑星系である可能性が非常に高いことを意味します。[101]トランジット信号は、誤検出のシナリオを排除するためのいくつかの基準を満たす必要があります。例えば、十分な信号対雑音比を持つこと、少なくとも3回のトランジットが観測されていること、それらの系の軌道安定性が安定していること、そしてトランジット曲線が部分食連星によってトランジット信号が模倣されない形状であることなどが挙げられます。さらに、食連星によって引き起こされる一般的な誤検出を排除するためには、軌道周期が1.6日以上である必要があります。[102]多重度による検証方法は非常に効率的で、比較的短時間で数百のケプラー候補惑星を確認することができます。

PASTISと呼ばれるツールを用いた新たな検証方法が開発されました。これにより、主星のトランジット候補イベントが1つしか検出されていない場合でも、惑星の存在を確認することができます。このツールの欠点は、ケプラーのデータから比較的高い信号対雑音比を必要とするため、主に大型の惑星や、比較的静かで明るい恒星の周りの惑星しか確認できないことです。現在、この方法を用いたケプラー候補惑星の解析が進行中です。[103] PASTISは、惑星ケプラー420bの検証に初めて成功しました。[104]

K2エクステンション

ケプラーの探索空間に重ね合わせた天の川銀河の予測構造。[6]

2012年4月、NASAの上級科学者による独立委員会は、ケプラーミッションを2016年まで継続することを勧告した。上級レビューによると、ケプラーの観測は、すべての科学的目標を達成するためには少なくとも2015年まで継続する必要があるとされた。[105] 2012年11月14日、NASAはケプラーの主要ミッションの完了と、燃料切れにより2018年に終了する延長ミッションの開始を発表した。[106]

リアクションホイールの問題

2012年7月、ケプラーの4つのリアクションホイールのうち1つ（ホイール2）が故障した。[24] 2013年5月11日、2つ目のホイール（ホイール4）が故障し、惑星探査には3つのホイールが必要なため、ミッションの継続が危ぶまれた。[22] [23]ケプラーは5月以来、十分な精度で方向を定めることができなかったため、科学データを収集していなかった。[107] 7月18日と22日、リアクションホイール4と2がそれぞれテストされた。ホイール4は反時計回りにしか回転しなかったが、ホイール2は両方向に回転したが、摩擦レベルが大幅に上昇した。[108] 7月25日のホイール4のさらなるテストでは、双方向の回転に成功した。 [109]しかし、両方のホイールは使用するには摩擦が大きすぎた。 [26] 8月8日から、システムの全面的な評価が実施されました。ホイール2は科学ミッションに必要な精度を提供できないと判断され、燃料節約のため宇宙船は「休止」状態に戻されました。[24]ホイール4は、以前のテストでホイール2よりも高い摩擦レベルを示したため、使用が除外されていました。[109]ケプラーは太陽を周回し、地球から数百万キロメートル離れているため、宇宙飛行士を派遣してケプラーを修理することは不可能です。[26]

2013年8月15日、NASAは、4つのリアクションホイールのうち2つの問題を解決しようとした試みが失敗したため、ケプラーがトランジット法を用いた惑星の探査を継続しないと発表しました。[24] [25] [26]探査機の能力、正常な2つのリアクションホイールとスラスターを評価するためのエンジニアリングレポートが指示されました。[24]同時に、ケプラーの限られた範囲から年間1,800万ドルのコストを正当化するのに十分な知識を得られるかどうかを判断するための科学的研究が実施されました。

考えられるアイデアとしては、小惑星や彗星の探査、超新星の証拠の探索、重力マイクロレンズ効果による巨大な太陽系外惑星の発見などが挙げられる。[26]もう一つの提案は、ケプラーのソフトウェアを改良し、故障したリアクションホイールを補正することだった。ケプラーの視野内で星が固定され安定する代わりに、星は漂うことになる。提案されたソフトウェアは、この漂流を追跡し、星を固定視野内に捉えることができなくても、ミッションの目標をほぼ完全に回復させるというものだった。[110]

以前に収集されたデータは引き続き分析されました。[111]

セカンドライト（K2）

2013年11月、K2「セカンドライト」と名付けられた新しいミッション計画が検討のために提示されました。[29] [30] [31] [112] K2では、ケプラーに残された能力である、以前の約20 ppmと比較して約300 ppmの測光精度を使用して、「超新星爆発、星形成、小惑星や彗星などの太陽系天体」の研究と、より多くの太陽系外惑星の発見と研究のためのデータを収集します。[29] [30] [112]この提案されたミッション計画では、ケプラーは太陽の周りの地球の軌道面のはるかに広い領域を探索します。[29] [30] [112] K2ミッションによって検出された太陽系外惑星、星などの天体は、黄道面入力カタログ（EPIC）の頭字語に関連付けられます 。

K2ミッションタイムライン（2014年8月8日）。[113]

2014年初頭、探査機はK2ミッションの試験に成功しました。[114] 2014年3月から5月にかけて、試験運用として、フィールド0と呼ばれる新しいフィールドのデータが収集されました。[115] 2014年5月16日、NASAはケプラーミッションをK2ミッションに拡張することを承認したと発表しました。[32]ケプラーのK2ミッションにおける測光精度は、6.5時間の積分で12等星で50 ppmと推定されました。[116] 2014年2月、2輪式ファインポイント精度運用を用いたK2ミッションの測光精度は、6.5時間の積分で12等星で44 ppmと測定されました。NASAによるこれらの測定値の分析は、K2の測光精度が、3輪式ファインポイント精度データのケプラーアーカイブの精度に近づいていることを示唆しています。[117]

2014年5月29日には、キャンペーンフィールド0から13までが報告され、詳細に説明されました。[118]

K2提案の説明（2013年12月11日）[30]

K2ミッションのフィールド1は、空の獅子座-乙女座領域に向けられており、フィールド2はさそり座の「頭部」領域に向けられており、2つの球状星団、メシエ4とメシエ80 [119]と、さそり座-ケンタウルス座連星の一部である。この連星は、年齢がわずか1100万年ほどで、地球から120～140パーセク（380～470 光年）の距離にあり、おそらく1000個以上の星が存在している[ 120]。[122]

2014年12月18日、NASAはK2ミッションが初めて確認された太陽系外惑星、HIP 116454 bと名付けられたスーパーアースを発見したと発表した。この惑星の特徴は、 K2ミッション全体に向けて宇宙船を準備するためのエンジニアリングデータの中に発見された。惑星の通過は1回のみであったため、視線速度の追跡観測が必要となった。[123]

2016年4月7日の予定されていた交信中に、ケプラーが緊急モードで動作していることが判明した。これは最も運用レベルが低く、最も燃料を消費するモードである。ミッション運用部門は宇宙船の緊急事態を宣言し、NASAのディープ・スペース・ネットワークへの優先アクセスを許可した。[124] [125] 4月8日の夕方までには宇宙船は安全モードにアップグレードされ、4月10日にはポイントレスト状態[126]に置かれた。これは通常の通信と最も低い燃料消費を提供する安定モードである。[124]当時、緊急事態の原因は不明であったが、ケプラーのリアクションホイールやK2のキャンペーン9を支援するために計画された操作が原因であるとは考えられていなかった。運用担当者は、通常の科学運用への復帰を優先して、宇宙船からエンジニアリングデータをダウンロードして分析した。[124] [127]ケプラーは4月22日に科学モードに戻された。[128]この緊急事態により、キャンペーン9の前半は2週間短縮された。[129]

2016年6月、NASAはK2ミッションを2018年に搭載燃料が枯渇すると予想されていた期間を超えてさらに3年間延長すると発表した。[130] 2018年8月、NASAは宇宙船をスリープモードから起動し、指向性能を低下させるスラスタの問題に対処するために修正された構成を適用し、第19回観測キャンペーンの科学データの収集を開始し、搭載燃料がまだ完全に枯渇していないことを発見した。[131]

2018年10月30日、NASAは宇宙船の燃料が尽き、ミッションが正式に終了したと発表した。[132]

ミッションの結果

ケプラーが観測した調査対象領域の画像の詳細。散開星団 NGC 6791が写っている。天の北は左下隅に向かっている。
ケプラーが観測した調査対象領域の画像の詳細。画像内のTrES-2bの位置が示されている。天球上の北は左下隅の方向である。

ケプラー宇宙望遠鏡は2009年から2013年まで運用され、最初の主要な成果は2010年1月4日に発表されました。予想通り、当初発見されたものはすべて短周期惑星でした。ミッションが進むにつれて、より長周期の候補惑星がさらに発見されました。2018年11月現在、ケプラーは5,011個の太陽系外惑星候補と2,662個の確認済み太陽系外惑星を発見しました。[133] [134] 2022年8月現在、2,056個の太陽系外惑星候補が未確認のままであり、2,711個が既に確認済み太陽系外惑星となっています。[135]

2009

NASAは2009年8月6日に記者会見を開き、ケプラー計画の初期科学成果について議論した。[136]この記者会見では、ケプラーがこれまで知られていた太陽系外惑星HAT-P-7bの存在を確認し、地球サイズの惑星を発見できるほど十分に機能していることが明らかになった。[137] [138]

ケプラーの惑星検出は、非常に小さな明るさの変化を捉えることに依存しているため、明るさが自ら変化する恒星（変光星）は、この探索には役立ちません。[79]ケプラーの科学者たちは、最初の数か月間のデータから、初期のターゲットリストから約7,500個の恒星がそのような変光星であると判断しました。これらはターゲットリストから削除され、新しい候補に置き換えられました。2009年11月4日、ケプラープロジェクトは削除された恒星の光度曲線を公開しました。[139]ケプラーによって観測された最初の新しい惑星候補は、親恒星の質量に関する不確実性のため、当初は誤検出とされていました。しかし、10年後に確認され、現在はケプラー1658bと命名されています。[140] [141]

最初の6週間のデータにより、これまで知られていなかった5つの惑星が明らかになりました。いずれも恒星に非常に近い位置にあります。[142] [143]注目すべき成果の中には、これまでに発見された中で最も密度の低い惑星の1つ、[144] 2つの低質量白色矮星[145] (当初は新しいクラスの恒星オブジェクトのメンバーであると報告されていました)、[146]および 連星を周回する特徴がよくわかっている惑星であるケプラー16bがあります。

2010

2010年6月15日、ケプラーミッションは、約156,000個の惑星候補星のうち400個を除くすべてのデータを公開しました。この最初のデータセットの706個のターゲットには、地球と同じくらい小さいものから木星よりも大きいものまで、太陽系外惑星の候補となる可能性のあるものがあります。706個のターゲットのうち306個の正体と特徴が明らかになりました。公開されたターゲットには、6個の追加の太陽系外惑星候補を含む5つの[要出典]複数惑星系の候補が含まれていました。[147]ほとんどの候補については、33.5日分のデータしか利用できませんでした。[147] NASAはまた、ケプラーチームのメンバーが追跡観測を行えるように、さらに400個の候補のデータを保留すると発表しました。[ 148]これらの候補のデータは、2011年2月2日に公開されました。[ 149]

2010年に発表されたリストの候補に基づくケプラーの結果は、候補惑星のほとんどが木星の半分以下の半径であることを示唆している。また、この結果は、周期が30日未満の小さな候補惑星が、周期が30日未満の大きな候補惑星よりもはるかに一般的であり、地上での発見はサイズ分布の大きなサイズの裾をサンプリングしていることを示唆している。[147]これは、小型惑星や地球サイズの惑星は比較的まれであると示唆した以前の理論と矛盾している。[150] [151]ケプラーのデータからの外挿に基づくと、天の川銀河には約1億個の居住可能な惑星があると推定するのが現実的かもしれない。[152] TEDトークに関する一部のメディア報道は、ケプラーが実際にこれらの惑星を発見したという誤解を招いた。このことは、2010年8月2日付けのケプラー科学評議会からNASAエイムズ研究センター所長宛ての書簡で明らかにされており、「現在のケプラーデータの分析は、ケプラーが地球に似た惑星を発見したという主張を裏付けるものではない」と述べている。[7] [153] [154]

2010年、ケプラー宇宙望遠鏡は、親星よりも小さくて高温の天体を含む2つの系、KOI 74とKOI 81を発見した。[155]これらの天体は、系内で過去に起こった質量移動によって生成された低質量の白色矮星である可能性が高い。 [145]

2011

太陽系外惑星ケプラー20e [156]とケプラー20f [157]と金星および地球の大きさの比較

2011年2月2日、ケプラーチームは2009年5月2日から9月16日の間に取得されたデータの分析結果を発表しました。[149]彼らは997個の主星を周回する1235個の惑星候補を発見しました。(以下の数字は候補が本当に惑星であると仮定していますが、公式論文では候補としか呼んでいません。独立した分析では、少なくとも90%が本物の惑星であり、誤検出ではないことが示されました。) [158]惑星は68個がほぼ地球サイズ、288個が超地球サイズ、662個が海王星サイズ、165個が木星サイズ、19個が木星の2倍までの大きさでした。以前の研究とは対照的に、惑星の約74%は海王星よりも小さく、これはおそらく以前の研究で大きな惑星の方が小さな惑星よりも簡単に発見できたことが原因です。

2011年2月2日に発表された1235個の太陽系外惑星候補には、「ハビタブルゾーン」にある可能性のあるものが54個含まれており、そのうち5個は地球の2倍未満の大きさでした。[159] [160]これまで「ハビタブルゾーン」にあると考えられていた惑星は2個だけだったので、今回の新たな発見は「ゴルディロックス惑星」（液体の水が存在するのに適した温度の惑星）の潜在的な数が大幅に増加したことを意味します。[161]これまでに発見されたハビタブルゾーン候補はすべて、太陽よりもかなり小さく冷たい恒星を周回しています（太陽のような恒星の周りのハビタブル候補は、検出に必要な3回のトランジットを積算するにはさらに数年かかります）。[162]新たに発見された惑星候補のうち68個は、地球の大きさの125%以下、またはこれまで発見されたすべての太陽系外惑星よりも小さいです。[160]「地球サイズ」および「スーパーアースサイズ」は、「地球半径の2倍以下（Re）」（またはRp ≤ 2.0 Re）と定義される（表5）。[149]このような惑星候補は6つ（KOI 326.01（Rp=0.85）、KOI 701.03（Rp=1.73）、KOI 268.01（Rp=1.75）、KOI 1026.01（Rp=1.77）、KOI 854.01（Rp=1.91）、KOI 70.03（Rp=1.96）（表6））[149]あり、「ハビタブルゾーン」内にある。[159]最近の研究では、これらの候補惑星の1つ（KOI 326.01）は、当初報告されたものよりもはるかに大きく、高温であることが判明している。[163]

惑星観測の頻度は、地球サイズの2～3倍の大きさの太陽系外惑星で最も高く、その後、惑星面積の減少に反比例して減少しました。観測バイアスを考慮した最良の推定値（2011年3月時点）は、以下の通りです。恒星の5.4%が地球サイズの候補惑星を、6.8%が超地球サイズの候補惑星を、19.3%が海王星サイズの候補惑星を、2.55%が木星サイズ以上の候補惑星をそれぞれ有しています。複数惑星系は一般的であり、主星の17%は複数の候補惑星系を有し、全惑星の33.9%は複数惑星系に属しています。[164]

2011年12月5日までに、ケプラーチームは2,326個の惑星候補を発見したと発表した。そのうち207個は地球と同サイズ、680個は超地球サイズ、1,181個は海王星サイズ、203個は木星サイズ、55個は木星より大きい。2011年2月の数値と比較すると、地球サイズと超地球サイズの惑星の数はそれぞれ200%と140%増加した。さらに、調査対象となった恒星のハビタブルゾーン内に発見された惑星候補は48個で、2月の数値より減少した。これは、12月のデータではより厳格な基準が用いられたためである。[165]

2011年12月20日、ケプラーチームは、太陽に似た恒星ケプラー20 [166]を周回する、地球サイズの 太陽系外惑星ケプラー20e[156]とケプラー20f [ 157]を発見したと発表しました。

ケプラーの発見に基づき、天文学者セス・ショスタクは2011年、「地球から1000光年以内に」居住可能な惑星が「少なくとも3万個」存在すると推定した。[167]また、この発見に基づき、ケプラーチームは「天の川銀河には少なくとも500億個の惑星があり、そのうち「少なくとも5億個」がハビタブルゾーン内にある」と推定している。[168] 2011年3月、NASAジェット推進研究所（JPL）の天文学者たちは、太陽に似た恒星の約「1.4～2.7%」が「恒星のハビタブルゾーン内」に地球サイズの惑星を持つと予想されると報告した。これは、天の川銀河だけでも「20億個」の「地球類似体」が存在することを意味する。 JPLの天文学者たちはまた、「他に500億個の銀河」が存在すると指摘し、もしすべての銀河が天の川銀河と同数の惑星を持っているとすれば、地球に似た惑星が16兆個以上存在する可能性があるとした。 [169]

2012

2012年1月、国際天文学者チームは、天の川銀河の各恒星が「平均して少なくとも1.6個の惑星」をホストしている可能性があると報告しました。これは、天の川銀河には1600億個以上の恒星系惑星が存在する可能性があることを示唆しています。[170] [171]ケプラーはまた、遠方の恒星のスーパーフレアを記録しており、その中には1859年のカリントンイベントの1万倍の強さのものもありました。[172]スーパーフレアは、木星サイズの惑星が近傍軌道を周回することによって引き起こされる可能性があります。[172]ケプラー9dの発見に使用されたトランジットタイミング変動（TTV）技術は、太陽系外惑星の発見を確認するための手法として人気を博しました。[173] 4つの恒星からなる系に惑星が存在することも確認されましたが、このような系が発見されたのは初めてでした。[174]

2012年時点で、候補惑星は合計2,321個存在した。[165] [175] [176]このうち、地球と同程度の大きさのものは207個、超地球サイズは680個、海王星サイズは1,181個、木星サイズは203個、木星サイズは55個である。さらに、調査対象となった恒星のハビタブルゾーン内には48個の惑星候補が発見された。ケプラーチームは、全恒星の5.4%に地球サイズの惑星候補が存在し、全恒星の17%に複数の惑星が存在すると推定した。

2013

ケプラーによる発見を、発見されたすべての太陽系外惑星（2013 年まで）の文脈で示したチャート。シナリオ例の通過確率もいくつか示されています。

カリフォルニア工科大学の天文学者らが2013年1月に発表した研究によると、天の川銀河には恒星の数と同数の惑星が存在し、その結果、1000億から4000億個の太陽系外惑星が存在するとされています。[177] [178]恒星ケプラー32を周回する惑星に基づくこの研究は、天の川銀河の恒星の周囲に惑星系が広く存在する可能性を示唆しています。さらに461個の候補惑星が発見されたことが、2013年1月7日に発表されました。[107]ケプラーの観測期間が長ければ長いほど、周期の長い惑星をより多く検出できるようになります。[107]

2012年2月にケプラーの最後のカタログが公開されて以来、ケプラーのデータで発見された候補惑星の数は20パーセント増加し、現在では2,036個の恒星を周回する2,740個の潜在的な惑星が存在する。

2013年1月7日に新たに発表された候補惑星は、ケプラー69c（旧称KOI-172.02）で、太陽に似た恒星を周回し、居住可能領域内にある地球サイズの太陽系外惑星であり、居住可能である可能性がある。[179]

2013年4月、 KOI-256星系で、伴星である赤色矮星の光を曲げている白色矮星が発見された。 [180]

2013年4月、NASAは、主星ケプラー62とケプラー69のハビタブルゾーン内に、地球サイズの太陽系外惑星3つ（ケプラー62e、ケプラー62f、ケプラー69c）を発見したと発表しました。これらの新しい太陽系外惑星は、液体の水が存在し、生命が居住可能な環境を持つ有力な候補と考えられています。[181] [182] [183]​​ 最近の分析では、ケプラー69cは金星に類似している可能性が高いため、居住可能である可能性は低いことが示されています。[184]

2013年5月15日、NASAは、宇宙望遠鏡が正しい方向を向くためのリアクションホイールの故障により機能不全に陥ったと発表した。2つ目のホイールは既に故障しており、望遠鏡が正常に機能するには、計4つのホイールのうち3つが作動している必要があった。7月と8月に行われた更なる試験の結果、ケプラーは損傷したリアクションホイールを使用してセーフモードへの移行を回避し、以前に収集した科学データをダウンリンクすることは可能であったものの、以前の設定通りに科学データを収集することはできないことが判明した。[185]ケプラー計画に携わる科学者たちは、まだ精査すべきデータが山積しており、今回の挫折にもかかわらず、今後数年間でさらなる発見があるだろうと述べた。[186]

この問題以来、ケプラーフィールドからの新たな科学データは収集されていなかったが、2013年7月に、以前に収集された観測に基づいて、さらに63の候補が発表された。[187]

2013年11月、第2回ケプラー科学会議が開催されました。会議では、惑星候補の中央値が2013年初頭と比較して小さくなっていること、いくつかの周連星系惑星とハビタブルゾーン内の惑星の発見に関する予備的な結果などが発表されました。[188]

2014

太陽系外惑星発見数のヒストグラム。黄色の網掛け部分は、多重度法によって検証されたものを含む、新たに発表された惑星を示しています（2014年2月26日）。

2月13日、単一惑星系の周囲に530個以上の惑星候補が新たに発見されたことが発表されました。そのうちいくつかは地球とほぼ同サイズで、ハビタブルゾーンに位置しています。この数は2014年6月にさらに約400個増加しました。[189]

2月26日、科学者たちはケプラーのデータによって715個の新たな太陽系外惑星の存在が確認されたと発表しました。確認には「多重度による検証」と呼ばれる新しい統計手法が用いられました。これは、複数の恒星を周回する惑星のうち、実際に惑星であると判明した惑星の数に基づいています。これにより、多惑星系を構成する多数の候補惑星の迅速な確認が可能になりました。発見された太陽系外惑星の95%は海王星よりも小さく、ケプラー296fを含む4つは地球の2.5倍の大きさ未満で、表面温度が液体の水が存在するのに適したハビタブルゾーンに位置していました。[101] [190] [191] [192]

3月に行われたある研究によると、公転周期が1日未満の小型惑星は、通常、公転周期が1～50日の惑星を少なくとも1つ伴っていることが明らかになりました。この研究ではまた、超短周期惑星は、ホット・ジュピターのように軌道がずれている場合を除き、ほぼ常に地球半径の2倍未満であることも指摘されています。[193]

4月17日、ケプラーチームは、ハビタブルゾーンに位置する地球サイズに近い初の惑星、ケプラー186fを発見したと発表した。この惑星は赤色矮星の周りを公転している。 [194]

2014年5月にK2観測フィールド0から13が発表され、詳細が説明されました。[118] K2観測は2014年6月に開始されました。

2014年7月、K2フィールドデータから食連星の形で最初の発見が報告されました。これらの発見は、 K2ミッションの準備としてキャンペーン0 [195]に先立って収集されたケプラーのエンジニアリングデータセットから得られました。[196]

2014年9月23日、NASAはK2ミッションが最初の公式科学観測であるキャンペーン1 [197]を完了し、キャンペーン2 [198]が進行中であると報告した。[199]

ケプラーはIa型超新星KSN2011bの爆発過程、すなわち爆発前、爆発中、爆発後を観測した。[200]

キャンペーン3 [201]は2014年11月14日から2015年2月6日まで続き、「16,375の標準ロングケイデンスターゲットと55の標準ショートケイデンスターゲット」が含まれていました。[118]

2015

2016

2016年5月10日までに、ケプラー計画は1,284個の新たな惑星を確認した。[41]大きさから判断すると、約550個が岩石惑星である可能性がある。これらのうち9個は、主星のハビタブルゾーンを周回している：ケプラー560b、ケプラー705b、ケプラー1229b 、ケプラー1410b 、ケプラー1455b 、ケプラー1544b 、ケプラー1593b、ケプラー1606b 、ケプラー1638b。[41]

データリリース

ケプラーチームは当初、観測から1年以内にデータを公開することを約束していました。[214]しかし、この計画は打ち上げ後に変更され、データは収集後最大3年以内に公開される予定になりました。[215]これはかなりの批判を招き、[216] [217] [218 ] [219] [220]ケプラー科学チームは収集から1年9か月後にデータの第3四半期を公開することになりました。[221] 2010年9月までのデータ（第4四半期、第5四半期、第6四半期）は2012年1月に公開されました。[222]

他の人によるフォローアップ

ケプラーチームは定期的に候補天体（ケプラー関心天体、KOI）のリストを公開しています。この情報に基づき、天文学者チームはSOPHIEエシェル分光器を用いて視線速度データを収集し、2010年に候補天体KOI-428b（後にケプラー40bと命名）の存在を確認しました。[223] 2011年には、同じチームが候補天体KOI-423b（後にケプラー39bと命名）の存在を確認しました。[224]

市民科学者の参加

2010年12月以来、ケプラーミッションのデータはプラネットハンターズプロジェクトに使用されており、ボランティアがケプラー画像の光度曲線からトランジットイベントを探し、コンピューターアルゴリズムが見逃す可能性のある惑星を特定することができます。[225] 2011年6月までに、ユーザーはケプラーミッションチームがこれまで認識していなかった69の候補惑星を発見しました。[226]チームは、そのような惑星を発見したアマチュアの功績を公に認める計画を​​立てています。

2012年1月、BBCの番組「Stargazing Live」は、Planethunters.orgのデータを分析し、新たな太陽系外惑星の発見を希望するボランティアを募集しました。この呼びかけに応えて、イギリスのピーターバラ在住の2人のアマチュア天文家が、海王星サイズの太陽系外惑星を発見し、「スリープルトン・ホームズB」と命名されました。[227] 1月下旬までに10万人のボランティアもこの探査に参加し、2012年初頭までにケプラーの100万枚以上の画像を解析しました。[228]このような太陽系外惑星の一つであるPH1b（ケプラーの名称からケプラー64bとも呼ばれる）は2012年に発見されました。もう一つの太陽系外惑星であるPH2b（ケプラー86b）は2013年に発見されました。

2017年4月、BBC Stargazing Liveの派生番組であるABC Stargazing Liveが、Zooniverseプロジェクト「Exoplanet Explorers」を立ち上げました。Planethunters.orgがアーカイブデータを使用したのに対し、Exoplanet ExplorersはK2ミッションから最近ダウンリンクされたデータを使用しました。プロジェクト初日には、簡単なテストに合格した184個のトランジット候補惑星が特定されました。2日目には、研究チームは後にK2-138と名付けられた、太陽に似た恒星と4つのスーパーアースが緊密な軌道を周回する恒星系を特定しました。最終的に、ボランティアの協力を得て90個の太陽系候補惑星が特定されました。[229] [230]新しい恒星系の発見に貢献した市民科学者は、研究論文が出版された際に共著者として発表されます。[231]

確認された太陽系外惑星

ハビタブルゾーン内に確認された小型太陽系外惑星（ケプラー62e、ケプラー62f、ケプラー186f、ケプラー296e、ケプラー296f、ケプラー438b、ケプラー440b、ケプラー442b）。[40]

ケプラーのデータを使って発見され、外部の研究者によって確認された太陽系外惑星には、ケプラー39b、[224]ケプラー40b、[ 223 ]ケプラー41b、[232]ケプラー43b、[233]ケプラー44b、[234]ケプラー45b、[235]ケプラー223 [236]とケプラー42 [237 ]を周回する惑星などがあります。 「KOI」という頭字語は、その星がケプラーの関心対象であることを示しています。

ケプラー入力カタログ

ケプラー入力カタログは、ケプラースペクトル分類プログラムとケプラーミッションで使用される約1320万個のターゲットを公開検索可能なデータベースです。[238] [239]カタログだけではケプラーターゲットを見つけることはできません。これは、リストされている星の一部（カタログの約3分の1）しか探査機で観測できないためです。[238]

太陽系の観測

ケプラーには、太陽系の小天体に関する天文観測結果を小惑星センターに報告するための観測所コード（C55 ）が割り当てられている。2013年には、地球近傍天体、特に潜在的に危険な小惑星（PHA）の探索を目的とした代替ミッションであるNEOKeplerが提案された。この探査機のユニークな軌道と既存の探査望遠鏡よりも広い視野により、地球の軌道の内側にある天体を探すことができる。12か月の探査でPHAの探索に大きく貢献できるだけでなく、NASAの小惑星リダイレクトミッションのターゲットを見つけられる可能性もあると予測された。[240]しかし、ケプラーが太陽系で最初に発見したのは、海王星の軌道の外側にある直径200kmの冷たい古典的カイパーベルト天体、 (506121) 2016 BP 81だった。[241]

退職

2018年10月から11月にかけてケプラーが引退することを記念してNASAが委託したアートワーク。[9] [10]

2018年10月30日、NASAは、燃料切れにより9年間の運用と2,600個以上の太陽系外惑星の発見を経てケプラー宇宙望遠鏡が正式に退役し、地球から離れた現在の安全な軌道を維持すると発表した。[9] [10]宇宙船は、 2018年11月15日に大気宇宙物理学研究所のミッションコントロールセンターから送信された「おやすみなさい」コマンドによって停止された。[242]ケプラーの退役は、1630年のヨハネス・ケプラーの死後388年目にあたる。[243]

参照

その他の宇宙ベースの太陽系外惑星探査プロジェクト

その他の地上系外惑星探査プロジェクト

注記

  1. ^ 0.95 mの口径では集光面積はPi×(0.95/2) 2 = 0.708 m 2となる。42個のCCDはそれぞれ0.050 m × 0.025 mの大きさで、総センサー面積は0.0525 m 2となる。[4]
  2. ^ これには、周連星系惑星などの KOI 指定のないケプラー候補や、Planet Hunters プロジェクトで発見された候補は含まれません。

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ウィキメディア・コモンズには、ケプラー (宇宙船)に関連するメディアがあります。
  • NASAエイムズ研究センターの公式ウェブサイト
  • NASAのケプラーウェブサイト
  • NASAエイムズ研究センターのケプラー科学センター
  • 宇宙望遠鏡科学研究所によるケプラー公開データアーカイブ
  • ケプラー – 太陽系外惑星の数（ニューヨークタイムズ; 2018年10月30日）
  • 星震学と銀河考古学のためのストロムグレン調査
  • 動画（1:00）： YouTubeのKepler Orrey V（2018年10月30日）

太陽系外惑星のカタログとデータベース