Et exoplanet-jagt rumteleskop drejer og tager et foto af Jorden

I den tidlige eftermiddag søndag 10. december 2017 vil jeg gå ud på min bagerste veranda og vinke mod himlen. Da jeg bor i nærheden af ​​Seattle, er det sandsynligvis overskyet i begyndelsen af ​​december, men det betyder næppe noget - det, jeg vinker med, er næsten 100 millioner miles væk. 10. december er dagen, hvor Kepler, NASAs værdsatte eksoplanet-opdagelsesteleskop, endelig vil vende tilbage og tage et billede af Jorden.

Dette er ingen afslappet selfie. Erin Ryan og jeg forelagde et forslag til NASA for næsten et år siden til dagen (15. december 2016) om at fange dette øjeblik, og vi fandt ikke ud af, at teleskopet ville prøve observationen før seks måneder senere. Jeg blev først begejstret for denne idé et år før det, da jeg indså, at det endda var muligt for Kepler at se Jorden. Dette er det tempo, du forventer, når du beskæftiger os med videnskabelige ressourcer i det ydre rum: ideer kan tage år at komme til udførelse.

Billedkredit: NASA

Kepler er på størrelse med en pickup, og blev designet til at finde planeter, der kredser rundt om andre stjerner ved hjælp af "transitmetoden". Alt omkring anlægget blev konstrueret omkring det samme mål: Synsfeltet er meget bredt til at undersøge så mange stjerner som muligt, kameraet tager forholdsvis lang eksponering (normalt 30 minutter), pixelene er store (et billede med lav opløsning) , og det stirrer kontinuerligt på det samme felt, så scenen ikke ændrer sig. Som et resultat er billedkvaliteten ikke “smuk”, som vi er vant til at se fra missioner som Hubble, men tidsseriedataene, der bruges til transit-søgninger, er udsøgte.

Oprindeligt pegede Kepler i over 4 år på et enkelt felt, en region synlig på den nordlige halvkugle om sommeren nær Vega. For at gøre dette krævede rumfartøjet total kontrol over dens orientering i 3-dimensioner, ligesom et flyets stigning, rulle og gab. Denne mission sluttede imidlertid i 2013, da 2 af de 4 reaktionshjul ombord mislykkedes (det ene var en ekstra), og teleskopet kunne ikke længere peges med præcision på Kepler-feltet.

Folkene i Ball Aerospace (der byggede Kepler) og NASA udtænkte en smart forlængelsesmission: peg teleskopet mod flere felter i kortere tidsrum. Ved hjælp af en kombination af thrustere og solvinden holdes rumfartøjet næsten lige så stabilt som i den oprindelige mission, men kan kun holde sin position stabil i cirka 80 dage ad gangen. Det er vigtigt, at de nye felter er placeret i afstand langs det ekliptiske plan. Mens denne nye mission, kaldet K2, var et tab for folk, der studerede årelange planetbaner, åbnede den mange nye døre. Herunder at tage et billede af Jorden!

Kepler-rumfartøjet befinder sig i en "Jorden-efterfølgende" bane, og rejser rundt om Solen lidt langsommere end Jorden og driver derfor konstant væk fra os. I det normale K2-program ser teleskopet “bagud”, dvs. væk fra Jorden. Fra dette synspunkt har K2-missionen undersøgt over 200.000 stjerner, mere end fordoblet den oprindelige Kepler-prøve, opdaget asteroider, der susede forbi, sporet baner fra Neptuns måner og opdaget hundreder af nye ekstrasolære planeter. Lejlighedsvis orienteres teleskopet ”fremad” i retning af Jordens bane. Dette gøres normalt (som i kampagne 9) for at søge efter “mikrolensering” -signaler eller for at overlappe med et tidligere studeret felt (som i den kommende kampagne 16). I denne retning er Jepten synlig af Kepler i et par dage og giver os chancen for at fange dette billede af vores hjem fra et fjernt udsigtspunkt.

Billedet fra Kepler viser ikke høje detaljeringsniveauer af jordoverfladen. For at få en idé om, hvordan Jorden vil se ud i Keplers synsfelt, her er et billede, Kepler er fanget af Mars tidligere i 2017 (i kampagne 12).

Mars set fra Kepler i begyndelsen af ​​2017 (Billedkredit: NASA / K2)

Interessant nok betyder en linse-flare-lignende egenskab ved Kepler-optikken for lyse genstande, at der også vil være et "spøgelse" -billede af Jorden, reflekteret over synsfeltet. Du kan se "Ghost of Mars" fra Kepler her.

Den 10. december skulle jorden og månen begge være synlige inden for synsfeltet og vil sandsynligvis være lidt lysere end Mars. Frem til 10. december-foto vil Kepler / K2 spore jorden, når den bevæger sig mod kanten af ​​synsfeltet. En lille stripe af pixels samler lysstyrke-målinger, når Jorden roterer, som vi håber at kunne bruge som et træningssæt til at studere rotationen af ​​planeter omkring andre stjerner. Det store billede bliver derefter snappet den 10. december, men dataene vil ikke blive downloadet i endnu et par måneder, da K2 fortsætter med at studere stjernerne på dette felt som en del af normal drift.

At tage fotos af Jorden ved hjælp af fjerntliggende rumfartøjer er blevet noget af en tradition for NASA. Disse billeder kan nå ikonisk status - TIME-magasinet vurderer “Earthrise” som et af de 100 mest indflydelsesrige billeder gennem tidene. For mig slår "Pale Blue Dot" -billedet taget fra Voyager 1 den dybeste akkord. Dette billede viser Jorden som intet andet end en svag prik, en enkelt pixel i et billede. Hele menneskeheden reduceres til en falmende plet, når Voyager forlader vores solsystem. Lignende billeder er nu taget fra mange NASA-missioner, herunder en fantastisk mosaik fra Saturn og Jorden som ”Evening Star” fra Mars's overflade.

“Pale Blue Dot” - Jorden set fra Voyager 1 (Billedkredit: NASA)

Her er de officielle versioner for flere af disse fotos, der ser tilbage på jorden: "Earthrise" fra Månen, "Pale Blue Dot" ud over Pluto, "The Day the Earth Smiled" fra Saturn, The Evening Star fra Mars, Jorden og månen fra Mars.

Voyager indsamlede vores første detaljerede viden om det ydre solsystem og de første udsigter over Jorden fra døren fra det interstellare rum, omkring 4 milliarder miles væk. Selvom Keplers mission ikke er så fjern, er den ikke mindre dyb. Vi har lært for første gang, at næsten hver stjerne i vores Galaxy er vært for en planet, og mange af dem er små og tæt som vores egen. Dette er et monumentalt spring fremad i vores søgen efter livet og vores sted i kosmos.

Forbløffende har Kepler også skubbet videnskabens grænser på mange områder ud over eksoplaneter, herunder asteroseismologi, stjernernes rotation, stjernemagnetisk aktivitet, supernovaer og opdagelse af mange nye typer af variable stjerner - nogle, som stadig trodser forklaringen! Med hver af disse opdagelser, hver af de tusinder af videnskabelige af papirer, der er skrevet, har folk investeret mange års tid. Mange unge forskere som jeg har bygget meget af deres karriere på de data og opdagelser, som Kepler har leveret.

Kepler-rumfartøjet kører nu lavt med brændstof, og K2-missionen forventes ikke at strække sig langt ud over dette år. Det gør dette billede specielt personligt: ​​en reflektion over de sidste 8 år af min karriere, over de valg, jeg tog midt på ph.d.-niveauet for at droppe det, jeg arbejdede med og forfølge et helt andet specialeprojekt, om de venskaber og rejser, jeg har været på på grund af denne mission. Den sidste Kepler / K2 videnskabskonference i sommer blev afsluttet med et ”Farvel”, hvilket var en følelsesladet konklusion for de deltagende forskere. Det billede, vi optager i december, er imidlertid for alle: både videnskabsmand og borger.

Besøg WaveAtKepler.space for mere information