Kepler

Kepler es el nombre de un satélite artificial que orbita alrededor del Sol buscando planetas extrasolares, especialmente aquellos de tamaño similar a la Tierra que se encuentren en la zona de habitabilidad de su estrella (véase análogo a la Tierra), llevando a cabo lo que se conoce como misión Kepler. Fue lanzado por la NASA desde Cabo Cañaveral en la madrugada del 6 de marzo de 2009, en un cohete modelo Delta II.

El nombre de este satélite es un epónimo en dedicatoria al astrónomo y matemático Johannes Kepler (1571-1630), descubridor de las tres leyes de Kepler que describen las características de las órbitas planetarias. Los descubrimientos de Kepler sólo pudieron ser posibles gracias a la exhaustiva labor de recopilación de datos de Tycho Brahe (1546-1601), labor que pretende emular de forma automática el satélite.

Kepler es parte del programa Discovery de la NASA; un programa de un costo relativamente bajo, enfocado en misiones científicas específicas. La construcción del telescopio y su puesta en marcha fue gestionada por el Jet Propulsion Laboratory de la NASA, siendo Ball Aerospace responsable del desarrollo del sistema de vuelo, y el Centro de Investigación Ames el responsable tanto del desarrollo del sistema de tierra, como de las operaciones desde diciembre de 2009 y del análisis de los datos científicos

La duración prevista fue de 3,5 años. Se esperaba que a la finalización de su misión, inicialmente a finales de 2012 y ampliada posteriormente a 2016, este satélite permitiese descubrir varios planetas de tamaño similar a la Tierra, orbitando su estrella a una distancia comparable a la de nuestro planeta. Antes de esta fecha, la sonda podría no obstante identificar planetas más grandes o que orbitasen más cerca de su estrella.¹ Sin embargo la existencia de más ruido del esperado hizo necesario más tiempo para cumplir todos los objetivos de la misión. Por ello en 2012 la misión se prolongó hasta el 30 de septiembre de 2016.² Desgraciadamente la sonda se estropeó al año siguiente. Para el buen funcionamiento del equipo es necesario que al menos tres de los cuatro giróscopos utilizados para orientar la nave se mantengan en buen estado,³ sin embargo el 15 de mayo del 2013 falló el segundo de ellos.⁴ Durante los meses siguientes se intentó recuperar al menos uno de los dos giróscopos dañados, pero finalmente el 15 de agosto la NASA informó de que cesaban los esfuerzos de reparación y que se estaban considerando nuevas misiones posibles en las condiciones actuales del telescopio.⁵

Mientras estuvo operativa, la sonda Kepler encontró un total de 2740 candidatos a exoplanetas, y se han confirmado 114 planetas en 69 sistemas estelares. En enero de 2013, los astrónomos del Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica (CfA) utilizaron datos de Kepler para estimar que “por lo menos 17 mil millones” de exoplanetas del tamaño de la Tierra residen en la Vía Láctea.⁶

La sonda espacial tiene unas dimensiones de 4,7 m de alto por 2,7 m de diámetro, y pesa 1039 kg, sin contar con algo más de 10 kg de hidrazina usada como propelente.⁷ El telescopio, montado sobre una estructura hexagonal de aluminio, cuenta con 10 m² de paneles fotovoltaicos que generan 1 kW de energía eléctrica para la nave. La duración estimada de la misión es de 3 años y medio, con una posible extensión a 6 años.⁷ El coste de la operación ha sido estimado en 600 millones de dólares⁸ y en ella trabajan 200 científicos.⁹

La sonda ha sido construida por las empresas LAST y Ball Aerospace & Technologies Corp., que también serán las encargadas de controlar la nave desde el centro de investigación de la universidad de Colorado (Estados Unidos). La nave está preparada para analizar parcialmente la información del sensor, recolectada cada 30 segundos, para enviar únicamente la información relevante a la estación de procesamiento en la Tierra: de otra manera, no habría ancho de banda suficiente para transmitir toda la información recabada. En el análisis de los datos trabaja un equipo de 28 personas, ayudados por observaciones externas realizadas por los telescopios Hubble y Spitzer.¹⁰

El lanzamiento del satélite fue pospuesto en dos ocasiones por recortes de presupuesto. Durante el proceso, se sustituyó el sistema giratorio de la antena direccional por otro fijado a la estructura, más económico. Como consecuencia de ello, el satélite perderá el equivalente a un día de exploración al mes.

Aunque la sonda Kepler es un satélite (pues orbita en torno a un objeto), no es un satélite de la Tierra, sino que orbita en torno al sol, en una órbita elíptica de 372 días, y a una distancia de éste similar a la de la tierra. Con esta órbita se consigue facilitar la transmisión de datos desde la sonda hasta la Tierra, pero evitando los deslumbramientos que diversos cuerpos celestes podrían producir sobre la lente. La sonda cuenta además con ocho propulsores que le permitirán maniobrar para cambiar de orientación cuando sea necesario.¹

Según la NASA, “La misión Kepler es la primera en el mundo con la capacidad de detectar realmente planetas análogos a la Tierra orbitando estrellas similares a nuestro sol en una zona habitable“.¹

El objetivo de la sonda es observar simultáneamente unas 150 000 estrellas,¹⁰ y analizar su brillo cada 30 minutos para detectar posibles tránsitos de planetas. Para ello utilizará un sensible fotómetro tipo Schmidt de 0.95 m de apertura⁸ y un espejo primario de 1,4 metros. Su cámara CCD ofrece una resolución de 95 millones de píxeles; la más potente lanzada al espacio hasta la fecha.^{9 1}

Mediante esta nave se espera ampliar notablemente el número de planetas extrasolares descubiertos (que a la fecha del lanzamiento era de 337),⁸ de tal manera que al término de la misión, se pueda disponer de una estimación más fiable sobre el número de planetas existentes de la galaxia. Este dato es crucial para responder a la pregunta de si estamos solos en el universo.¹

La misión Kepler constituye la versión norteamericana de la misión europea Corot, que lanzó otro satélite similar, aunque menos potente, a finales de diciembre de 2006. La principal diferencia entre ambas misiones es que, gracias a la mayor resolución de los instrumentos de la Kepler, se podrán descubrir planetas más pequeños, de tamaño similar a la Tierra.

El Catálogo de entrada Kepler o Kepler Input Catalog (KIC) es una base de datos de búsqueda pública de los aproximadamente 13,2 millones objetivos en estudio por la Misión Kepler.^{11 12}

El primer éxito de la sonda espacial Kepler consistió en obtener detalles sobre la atmósfera de un júpiter caliente ( un planeta gaseoso como Júpiter pero más cercano al sol, y por tanto más caliente). Se trata del planeta HAT-P-7b, que orbita alrededor de la estrella HAT-P-7, en la constelación de Cisne, a 1000 años luz de distancia, y que tiene una temperatura de aproximadamente 2 377 °C. El planeta HAT-P-7b ya se conocía antes de que el telescopio Kepler dirigiera su atención hacia él, sin embargo, las mediciones efectuadas por la sonda han mostrado una pequeña elevación y disminución de la luz causada por las fases cambiantes del planeta, parecidas a las de la Luna. A pesar de que se trata de la medición de mayor precisión jamás obtenida para esta estrella, Kepler será aún más preciso después de que finalice el desarrollo del software para el análisis de datos de la misión.

Con fecha 4 de enero de 2010, los científicos que controlan la Kepler anunciaron haber descubierto 5 nuevos planetas extrasolares: cuatro del tipo Júpiter caliente, y uno del tamaño aproximado de Neptuno.¹⁴ Debido al sistema de detección empleado, que requiere de sucesivos tránsitos, será necesario esperar a la finalización de la misión para obtener descubrimientos relevantes, pero aun así, en equipo que trabaja con la Kepler anunció otros cien candidatos potenciales a la espera de verificacíón.¹⁴ Esta cifra aumentó a 706 en junio de 2010, de los cuales unos 400 eran candidatos prometedores.¹⁰ En una conferencia de ese mismo mes, ^{nota 1} Dimitar Sasselov, investigador del proyecto, anunció que al menos 60 de los planetas detectados hasta la fecha tendrán un tamaño similar al terrestre (el doble de tamaño, o menos).¹⁶

En diciembre de 2011, la NASA anunció que el número de candidatos detectados hasta la fecha ascendía a 2326. De ellos, 207 tendrían un tamaño similar a la Tierra, aunque sólo uno (Kepler-22b) estaba confirmado.¹⁷

En enero de 2012, científicos de la NASA anunciaron que el satélite Kepler había encontrado tres planetas diminutos que no habían sido detectados hasta entonces, orbitando alrededor de una estrella. Los planetas fueron denominados KOI-961 y se constató que el más pequeño de ellos poseía el tamaño de Marte. John Johnson, líder del equipo de investigación del Instituto de Ciencia Exoplanetaria de la NASA, comentó que se trataba del sistema solar más pequeño que se había encontrado hasta el momento.

El 24 de julio de 2015 los científicos de la NASA presentan a Kepler-452b, un planeta de tamaño similar a la Tierra orbitando en la zona habitable de una estrella Kepler-452 parecida al Sol.

En octubre de 2015 se presentaron los datos de la estrella KIC 8462852 que presentaba unos tránsitos que duraban casi una semana, cuando habitualmente los tránsitos suelen durar uno o dos días. Los científicos no tienen una respuesta clara para explicar lo que puede estar orbitando la estrella¹⁸ .

Adiós definitivo al telescopio espacial Kepler

Daniel Marín 16 ago 13

Ya nos despedimos del telescopio espacial Kepler el pasado mayo, pero ayer la NASA comunicó oficialmente que da por finalizados los intentos de restaurar el observatorio como cazador de exoplanetas. Kepler perdió los volantes de reacción número 2 y número 4 en julio de 2012 y en mayo de 2013, respectivamente. Por lo tanto, sólo cuenta con dos volantes operativos cuando en realidad necesita un mínimo de tres para llevar a cabo la búsqueda de planetas extrasolares. Durante estos meses el equipo de la NASA ha intentado devolver a la vida los volantes defectuosos, pero -y como se esperaba- sin éxito. Tras una última e infructuosa prueba de apuntado realizada el pasado 8 de agosto, la NASA ha tirado la toalla.

Telescopio Kepler (NASA).

Durante estas pruebas se ha comprobado el comportamiento de los volantes tanto para apuntado fino -necesario para descubrir exoplanetas- como en apuntado de menor precisión. En el primer caso la precisión en la orientación es del orden de varios milisegundos de arco, mientras que en el segundo ronda el segundo de arco. Una vez más, -y a diferencia de lo que dan a entender algunos medios– conviene recordar que es imposible reparar Kepler en el espacio. Primero, porque no está diseñado para ello y, segundo, porque el coste de una misión de rescate excedería el coste del propio telescopio, por no hablar de que se halla situado fuera de la órbita terrestre.

Tras descubrir más de 135 planetas y 3500 candidatos a exoplanetas, podemos decir adiós a Kepler definitivamente. ¿O no? El caso es que tenemos un telescopio espacial relativamente funcional y tampoco es cuestión abandonarlo a su suerte en el espacio. ¿Podemos sacarle algún partido? La NASA no lo ha decidido aún, pero existen varias propuestas. Todas ellas son muy parecidas y pasan por la continuación de las observaciones de Kepler con menor precisión, lo que permitiría obtener más datos de los candidatos a planetas más grandes y, con el tiempo, confirmar la existencia de muchos de ellos. También se espera descubrir más planetas gigantes usando TTVs (Transit Timing Variations), pero las supertierras y exotierras quedarían totalmente fuera de su alcance. Para ello, Kepler usaría los dos volantes aún en funcionamiento en conjunción con los sensores estelares y los propulsores de control de actitud. Operando en este modo la nave derivaría 1,4º en un periodo de cuatro días, más que suficiente para algunas observaciones.

Apuntado de Kepler con sólo dos volantes de inercia (NASA).

Telescopio Kepler (NASA).

Esta nueva misión extendida está a la espera de ser aprobada por la NASA. Hasta noviembre de este año la NASA está abierta a las propuestas de la comunidad científica internacional para decidir la naturaleza de la misión. A principios del año que viene la agencia decidirá si la financia o no y, si la respuesta es afirmativa, dará comienzo en el verano de 2014. Recordemos que Kepler es un telescopio espacial con un diámetro efectivo de 0,95 metros y que posee un único instrumento, consistente en un conjunto de 42 detectores CCD sin filtros que cubren 100º cuadrados de cielo (3,98 segundos de arco por píxel). Estos detectores convierten a Kepler en una magnífica plataforma para medidas fotométricas de precisión en el rango de longitudes de onda que va de 420 a 850 nm.

Dentro de unos meses podremos echar un vistazo a las propuestas para la segunda vida de Kepler y con toda seguridad habrá algunas muy interesantes. Lamentablemente, ninguna de ellas nos permitirá detectar exotierras.