開(kāi)普勒號(hào)太空望遠(yuǎn)鏡任務(wù)運(yùn)作

開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡由外面位于科羅拉多州波爾德市的大氣和太空物理實(shí)驗(yàn)室(LASP)負(fù)責(zé)運(yùn)作。太陽(yáng)陣列在每年位于分至點(diǎn)時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)至正對(duì)著太陽(yáng)的方向，這些轉(zhuǎn)動(dòng)將用來(lái)優(yōu)化照射到陣列上的陽(yáng)光，并使熱輻射器保持指向深太空的方向。同時(shí)，LASP和貝爾太空科技公司(該公司負(fù)責(zé)建造太空船和儀器)從位于科羅拉多州波爾德市的科羅拉多大學(xué)的控制中心進(jìn)行操作。LASP進(jìn)行基本的任務(wù)計(jì)劃和科學(xué)資料最初的收集和分發(fā)工作。

NASA每星期兩次透過(guò)X-波段的通信線(xiàn)路與太空船聯(lián)系，下達(dá)指令和進(jìn)行狀態(tài)更新，每個(gè)月一次使用Ka帶下載科學(xué)性的數(shù)據(jù)，傳輸?shù)淖畲笏俾适?.33Mb/s。開(kāi)普勒太空船在船上會(huì)自己進(jìn)行部分的資料分析，只在必要時(shí)才會(huì)傳送科學(xué)性的數(shù)據(jù)，以保持帶寬。

在任務(wù)期間由LASP收集的遙測(cè)科學(xué)資料會(huì)被送至位于馬里蘭州巴爾的摩約翰霍普金斯大學(xué)校園內(nèi)的太空望遠(yuǎn)鏡技術(shù)學(xué)院開(kāi)普勒數(shù)據(jù)管理中心(DMC)。這些遙測(cè)科學(xué)資料會(huì)被解碼并且處理成未校正的FITS-并由DMC格式化成科學(xué)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，然后通過(guò)在NASA的艾美斯研究中心的科學(xué)操作中心(SOC)進(jìn)行校正和最后的處理。SOC將送回校正和處理好的數(shù)據(jù)產(chǎn)品和科學(xué)結(jié)果給DMC做長(zhǎng)期的歸檔和經(jīng)由在STScl的多任務(wù)檔案(MAST)分送給世界各地的天文學(xué)家。

開(kāi)普勒不在環(huán)繞地球的軌道上，而是在尾隨地球的太陽(yáng)軌道上，所以不會(huì)被地球遮蔽而能持續(xù)的觀測(cè)，光度計(jì)也不會(huì)受到來(lái)自地球的漫射光線(xiàn)影響。這樣的軌道避免了重力攝動(dòng)和在地球的軌道上固有扭矩，可以有一個(gè)更加穩(wěn)定的觀測(cè)平臺(tái)。光度計(jì)指向天鵝座和天琴座所在的領(lǐng)域，遠(yuǎn)離了黃道平面，所以在繞行太陽(yáng)的軌道上，陽(yáng)光也不會(huì)滲漏入光度計(jì)內(nèi)。天鵝座也不會(huì)被古柏帶或小行星帶的天 體遮蔽到，所以在觀測(cè)上是一個(gè)很好的選擇。

這樣選擇的另一個(gè)好處是開(kāi)普勒所指向的方向是太陽(yáng)系繞著銀河系運(yùn)動(dòng)的中心，因此開(kāi)普勒所觀察到的恒星與銀河中心的距離大致上與太陽(yáng)系是相同的，并且也都靠近銀河的盤(pán)面。這是個(gè)很重要的事實(shí)，如果星系也有適居帶的位置，就如同建議的地球殊異假說(shuō)。

估計(jì)太空船的質(zhì)量是1039公斤，口徑是0.95米，主鏡(在地球軌道之外最大的鏡片)1.4米，視野(FOV)有105 deg2(大約12度的直徑)，大約是胳膊伸直時(shí)一個(gè)拳頭遮蔽的視野。光度計(jì)有一個(gè)柔軟的焦點(diǎn)提供良好的光度測(cè)量，而不是清晰的圖像。結(jié)合的光度差異精確性(CDPP，combined differential photometric precision)，對(duì)一顆m(V)=12類(lèi)似太陽(yáng)的恒星，進(jìn)行6.5小時(shí)的影像綜合是20ppm，已包括恒星本身預(yù)期可能的 10ppm光度變化。而一顆類(lèi)似地球的行星凌星造成的光度變化是84ppm，而且軌道經(jīng)過(guò)恒星中心時(shí)至少將持續(xù)13小時(shí)。焦平面由42個(gè)1024 X 2200的CCD組成，每個(gè)畫(huà)素的大小是27微米，是發(fā)射至太空中最大的照相機(jī)。這個(gè)陣列由一條連結(jié)到外面的熱導(dǎo)管來(lái)冷卻。CCD每3秒中讀出一次資料，并且可以暫留15分鐘，只有對(duì)應(yīng)到有興趣目標(biāo)恒星畫(huà)素的資料才會(huì)被保存，并透過(guò)遙測(cè)傳回到地面。這個(gè)任務(wù)在生命周期中，包括持3.5年的運(yùn)作，估計(jì)要花費(fèi)6億美金。

據(jù)美國(guó)宇航局網(wǎng)站最近報(bào)道，美國(guó)宇航局在搜尋系外行星方面正迎來(lái)兩個(gè)里程碑式的事件。首先持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3年半的開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡圓滿(mǎn)地完成了其主任務(wù)期;另一方面，這一功勛卓著的太空望遠(yuǎn)鏡設(shè)備即將開(kāi)始其延長(zhǎng)任務(wù)期，該延長(zhǎng)任務(wù)期將持續(xù)4年。

開(kāi)普勒探測(cè)器計(jì)劃對(duì)銀河系內(nèi)10萬(wàn)多顆恒星進(jìn)行探測(cè)，希望搜尋到能夠支持生命體存在的類(lèi)地行星。

一、測(cè)定在多樣性光譜型恒星適宜居住區(qū)域內(nèi)部或周?chē)年懙匦行呛痛笮托行菙?shù)量

這一行星測(cè)定數(shù)據(jù)源自行星的數(shù)量和大小，以及被監(jiān)控恒星的數(shù)量和光譜類(lèi)型。即使開(kāi) 普勒探測(cè)器發(fā)現(xiàn)這一數(shù)據(jù)為零，也具有很重要的科學(xué)意義，畢竟證實(shí)了更多數(shù)目的恒星體系經(jīng)過(guò)了搜索勘測(cè)。排除了可能出現(xiàn)適宜居住行星的可能性。

二、測(cè)定不同體積大小行星的分布，以及行星的半長(zhǎng)軸(semimajor axes)

測(cè)定不同體積大小行星的分布狀況主要源自觀測(cè)該行星微弱光亮的遞減度和所在恒星體系的特征。

基于開(kāi)普勒第三定律，通過(guò)測(cè)定恒星的質(zhì)量和周期年齡特征，可進(jìn)一步確定行星半長(zhǎng)軸相應(yīng)的數(shù)據(jù)資料。據(jù)悉，開(kāi)普勒第三定律的內(nèi)容是:行星距離太陽(yáng)越遠(yuǎn)，行星的受力越弱，行星的加速度減小，故運(yùn)行得越慢，行星的公轉(zhuǎn)周期就越長(zhǎng)。行星半長(zhǎng)軸還可通過(guò)地面分光鏡和恒星模型的觀測(cè)結(jié)果得出，測(cè)定行星半長(zhǎng)軸出現(xiàn)的不確定因素是與所在恒星體系中中心恒星質(zhì)量有關(guān)。

三、評(píng)估多恒星體系中行星的數(shù)量和行星的軌道分布狀況

這項(xiàng)評(píng)估可對(duì)比一對(duì)多恒星體系中發(fā)現(xiàn)行星系統(tǒng)的數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)，如果該多恒星體系是緊密地結(jié)合在一起，或者是可通過(guò)高角分辨率觀測(cè)的較廣闊空間體系，使用地面上的分光鏡儀器便可觀測(cè)這樣的多恒星體系。

四、測(cè)定短周期巨行星的密度、質(zhì)量、體積大小、反照率、半長(zhǎng)軸

短周期巨行星可通過(guò)它們的反射光變化來(lái)探測(cè)發(fā)現(xiàn)，同樣，它們的半長(zhǎng)軸測(cè)定也是源自于使用開(kāi)普勒第三定律測(cè)定恒星的質(zhì)量和周期年齡特征。

凌日行星(planetary transit)的數(shù)量占已測(cè)定一定大小行星數(shù)量的10%。在太陽(yáng)系內(nèi)，凌日是內(nèi)行星經(jīng)過(guò)太陽(yáng)與地球之間，對(duì)太陽(yáng)面產(chǎn)生部分遮擋的一種天文現(xiàn)象。如果這兩顆內(nèi)行星的一顆恰好從地球與太陽(yáng)之間經(jīng)過(guò)，地球上的觀察者就會(huì)看到有一個(gè)黑點(diǎn)從太陽(yáng)圓面通過(guò)，需時(shí)大約為一個(gè)多小時(shí)，人們把這種現(xiàn)象稱(chēng)為凌日。對(duì)于太陽(yáng)系外的恒星而言，凌日則是指該恒星的行星經(jīng)過(guò)該恒星和地球的連線(xiàn)之間，對(duì)地球觀察者產(chǎn)生部分遮掩恒星的天文現(xiàn)象。

按照探測(cè)計(jì)劃，開(kāi)普勒探測(cè)器在探測(cè)任務(wù)的最初幾個(gè)月內(nèi)將發(fā)現(xiàn)一定數(shù)量的短周期巨行星，并測(cè)定這些行星的大小、半長(zhǎng)軸，通過(guò)反射光調(diào)制振幅的測(cè)定來(lái)確定其反照率，行星的密度由開(kāi)普勒探測(cè)器的分光鏡和該行星出現(xiàn)凌日現(xiàn)象時(shí)進(jìn)行測(cè)定，該方法曾在測(cè)定HD209458b行星密度時(shí)使用過(guò)。

五、使用互補(bǔ)技術(shù)，測(cè)量每個(gè)光度角度識(shí)別發(fā)現(xiàn)的行星系統(tǒng)中額外的行星數(shù)量

使用空間干涉儀(SIM)和地面多普勒分光鏡來(lái)搜尋未出現(xiàn)凌日現(xiàn)象的超大質(zhì)量行星，進(jìn)一步提供每個(gè)已探測(cè)行星系統(tǒng)的詳細(xì)資料。

六、探測(cè)具有行星系統(tǒng)的恒星的性質(zhì)特征

科學(xué)家使用地面觀測(cè)儀器探測(cè)每個(gè)恒星的光譜類(lèi)型、發(fā)光度等級(jí)和金屬性，此外，還有恒星的旋轉(zhuǎn)比率、表面亮度多相性，從光度計(jì)數(shù)據(jù)直接獲得的恒星活動(dòng)性。使用開(kāi)普勒探測(cè)器震觀測(cè)儀(asteroseismology)等儀器測(cè)定恒星的年齡和質(zhì)量。

未來(lái)的探測(cè)任務(wù)

基于開(kāi)普勒探測(cè)器的勘測(cè)分析結(jié)果，未來(lái)空間干涉儀(SIM)和"類(lèi)地行星搜索者號(hào)"(TPF)探測(cè)器將進(jìn)行更深入的類(lèi)地行星的探索發(fā)現(xiàn)，據(jù)悉，"類(lèi)地行星搜索者號(hào)"預(yù)定2011年升空。

在開(kāi)普勒探測(cè)器的基礎(chǔ)上，未來(lái)的探測(cè)任務(wù)還需要具備以下勘測(cè)條件:在日后的行星搜索項(xiàng)目中識(shí)別確定主恒星的常用恒星特征;確定需要進(jìn)行搜尋的空間體積;向空間干涉儀(SIM)提供具有陸生行星體系的勘測(cè)目標(biāo)列表。

開(kāi)普勒不在環(huán)繞地球的軌道上，而是在尾隨地球的太陽(yáng)軌道，所以不會(huì)被地球遮蔽而能持續(xù)的觀測(cè)，光度計(jì)也不會(huì)受到來(lái)自地球的漫射光線(xiàn)影響。這樣的軌道避免了重力攝動(dòng)和在地球的軌道上固有扭矩，可以有一個(gè)更加穩(wěn)定的觀測(cè)平臺(tái)。光度計(jì)指向天鵝座和天琴座所在的領(lǐng)域，遠(yuǎn)離了黃道平面，所以在繞行太陽(yáng)的軌道上，陽(yáng)光也不會(huì)滲漏入光度計(jì)內(nèi)。天鵝座也不會(huì)被古柏帶或小行星帶的天體遮蔽到，所以在觀測(cè)上是一個(gè)很好的選擇。

這樣選擇的另一個(gè)好處是開(kāi)普勒所指向的方向是太陽(yáng)系繞著銀河系運(yùn)動(dòng)的中心，因此開(kāi)普勒所觀察到的恒星與銀河中心的距離大致上與太陽(yáng)系是相同的，并且也都靠近銀河的盤(pán)面。這是個(gè)很重要的事實(shí)，如果星系也有適居帶的位置，就如同建議的地球殊異假說(shuō)。

1、太空分光計(jì):0.95米孔徑;

2、主鏡:直徑1.4米，85%的中空結(jié)構(gòu);

3、CCD探測(cè)鏡:9500萬(wàn)像素(42個(gè)2200x1024象素的電子耦合器);

4、帶通:峰值半高寬為430-890毫微米;

5、動(dòng)態(tài)探測(cè)范圍:9-16個(gè)星等(magnitudestars);

6、優(yōu)質(zhì)制導(dǎo)傳感器:4個(gè)電子耦合器(CCDs)定位在科學(xué)焦點(diǎn)平面上;

7、科學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間:大于60天;

8、上行X波段:7.8125bps-2kbps;

9、下行X波段:10bps-16kbps;

10、下行Ka波段:最大值為4.33125Mbps;

11、除一次性裝置之外，所有機(jī)械裝置表面都有覆蓋層，主鏡有三個(gè)聚焦裝置;

12、飛行組件和裝配儀器的質(zhì)量:1071公斤(預(yù)計(jì)最大值);

13、飛行組件和裝配儀器的功率:771瓦(預(yù)計(jì)最大值)

開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡(KEPLER)又譯為開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡，是世界首個(gè)用于探測(cè)太陽(yáng)系外類(lèi)地行星的飛行器，于美國(guó)東部時(shí)間2009年3月6日22時(shí)49分57秒465毫秒(北京時(shí)間7日11時(shí)49分57秒465毫秒)，從佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角空軍基地17-B發(fā)射臺(tái)發(fā)射升空，它將是美國(guó)宇航局發(fā)射的首顆探測(cè)類(lèi)地行星的探測(cè)器。在為期至少3年半的任務(wù)期內(nèi)，"開(kāi)普勒"太空望遠(yuǎn)鏡將對(duì)天鵝座和天琴座中大約10萬(wàn)個(gè)恒星系統(tǒng)展開(kāi)觀測(cè)，以尋找類(lèi)地行星和生命存在的跡象。美國(guó)航天局公布的資料顯示，"開(kāi)普勒"太空望遠(yuǎn)鏡攜帶的光度計(jì)裝備有直徑為95厘米的透鏡，它將通過(guò)觀測(cè)行星的"凌日"現(xiàn)象搜尋太陽(yáng)系外類(lèi)地行星。

這次發(fā)射是"德?tīng)査?系列運(yùn)載火箭第339次發(fā)射。

1、開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡是世界是第一個(gè)真正能發(fā)現(xiàn)類(lèi)地行星的太空任務(wù)，它將發(fā)現(xiàn)宜居住區(qū)圍繞像我們太陽(yáng)似的恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的行星。水是生命之本，此宜居住區(qū)得是恒星周?chē)m合于水存在的一片溫度適宜的區(qū)域，在這種溫度下的行星表面可能會(huì)有水池存在。

2、在開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡三年半多的任務(wù)結(jié)束之前，它將讓我們更好地了解其它類(lèi)地行星在我們銀河系到底是多還是少。這將是回答一個(gè)長(zhǎng)久問(wèn)題的關(guān)鍵一步，此問(wèn)題就是:我們是宇宙中惟一的么?

3、開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡通過(guò)發(fā)現(xiàn)恒星亮度周期性變暗來(lái)探測(cè)太陽(yáng)系外行星。 當(dāng)我們從地球上某個(gè)位置來(lái)觀察天空時(shí)，如果有行星經(jīng)過(guò)其母恒星的前面，就能發(fā)現(xiàn)此行星會(huì)導(dǎo)致其母恒星亮度稍微變暗。開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡更能洞悉這一情況。

4、開(kāi)普勒望遠(yuǎn)具有太空最大的照相機(jī)，有一個(gè)95兆像素的電荷偶合器(CCD)陣列，這就像我們?nèi)粘Ｊ褂玫臄?shù)碼相機(jī)中的CCD一樣。

5、開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡如此強(qiáng)大，以至于它從太空觀察地球時(shí)，能發(fā)現(xiàn)居住在小鎮(zhèn)上的人在夜里關(guān)掉他家的門(mén)廊燈。

6、開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡定位在地-日系統(tǒng)的第二拉格朗日點(diǎn)，圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以可以全時(shí)段檢測(cè)目標(biāo)天區(qū)。

7、觀測(cè)目標(biāo)遠(yuǎn)離黃道面，可避免太陽(yáng)系天體掩食的干擾。

1、太空分光計(jì):0.95米孔徑;

2、主鏡:直徑1.4米，85%的中空結(jié)構(gòu);

3、CCD探測(cè)鏡:9500萬(wàn)像素(42個(gè)2200x1024象素的電子耦合器);

4、帶通:峰值半高寬為430-890毫微米;

5、動(dòng)態(tài)探測(cè)范圍:9-16個(gè)星等(magnitude stars);

6、優(yōu)質(zhì)制導(dǎo)傳感器:4個(gè)電子耦合器(CCDs)定位在科學(xué)焦點(diǎn)平面上;

7、科學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間:大于60天;

8、上行X波段:7.8125 bps -2kbps;

9、下行X波段:10 bps-16kbps;

10、下行Ka波段:最大值為4.33125 Mbps;

11、除一次性裝置之外，所有機(jī)械裝置表面都有覆蓋層，主鏡有三個(gè)聚焦裝置;

12、飛行組件和裝配儀器的質(zhì)量:1071公斤(預(yù)計(jì)最大值);

13、飛行組件和裝配儀器的功率:771瓦(預(yù)計(jì)最大值)

2013年5月，在搜尋系外行星方面功能最為強(qiáng)大的美國(guó)宇航局開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)生重大故障，衛(wèi)星基本停止了正常的觀測(cè)工作，如果宇航局的工程師無(wú)法及時(shí)對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，那么這項(xiàng)耗資6億美元的空間項(xiàng)目將有可能提前夭折。

2013年8月19日消息，據(jù)美國(guó)宇航局網(wǎng)站報(bào)道，在經(jīng)過(guò)連續(xù)數(shù)月的分析和測(cè)試之后，美國(guó)宇航局開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)日前正式宣布放棄讓這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡重新恢復(fù)到完全工作狀態(tài)的努力，轉(zhuǎn)而考慮在目前的不利條件下，這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡設(shè)備還能承擔(dān)何種形式的科學(xué)任務(wù)。

開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)于2012年11月份完成其主要科學(xué)使命，并緊接著開(kāi)始了其原計(jì)劃為期4年的計(jì)劃延長(zhǎng)期。其主要的科學(xué)任務(wù)是搜尋太陽(yáng)系之外圍繞遙遠(yuǎn)恒星運(yùn)行的系外行星體。然而由于已經(jīng)無(wú)法湊齊3個(gè)反應(yīng)輪維持望遠(yuǎn)鏡的正常工作狀態(tài)，項(xiàng)目組決定一邊對(duì)此前已經(jīng)收集的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，一邊由工程師團(tuán)隊(duì)嘗試對(duì)故障反應(yīng)輪進(jìn)行修復(fù)，同時(shí)積極考慮如果維修失敗，這臺(tái)先進(jìn)的空間望遠(yuǎn)鏡是否還仍然可以承擔(dān)一些其它類(lèi)型的科學(xué)任務(wù)。

2013年5月15日，開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡由于反應(yīng)輪故障，無(wú)法設(shè)定望遠(yuǎn)鏡方向，因此被迫停止其搜尋系外行星任務(wù)。2013年8月18日，美國(guó)國(guó)家航空航天局表示無(wú)法修復(fù)，正式結(jié)束其主要科學(xué)任務(wù)。

原理由兩個(gè)凸透鏡構(gòu)成。由于兩者之間如圖左側(cè)為實(shí)像，可方便的安裝分劃板，并且各種性能優(yōu)良，所以目前軍用望遠(yuǎn)鏡，小型天文望遠(yuǎn)鏡等專(zhuān)業(yè)級(jí)的望遠(yuǎn)鏡都采用此種結(jié)構(gòu)。但這種結(jié)構(gòu)成像是倒立的，所以要在中間增加正像系統(tǒng)。

正像系統(tǒng)分為兩類(lèi):棱鏡正像系統(tǒng)和透鏡正像系統(tǒng)。我們常見(jiàn)的前寬后窄的典型雙筒望遠(yuǎn)鏡既采用了雙直角棱鏡正像系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是在正像的同時(shí)將光軸兩次折疊，從而大大減小了望遠(yuǎn)鏡的體積和重量。透鏡正像系統(tǒng)采用一組復(fù)雜的透鏡來(lái)將像倒轉(zhuǎn)，成本較高，但俄羅斯20×50三節(jié)伸縮古典型單筒望遠(yuǎn)鏡即采用設(shè)計(jì)精良的透鏡正像系統(tǒng)。

蓋勒普中國(guó)團(tuán)隊(duì)成員擁有良好的企業(yè)服務(wù)素質(zhì)，豐富的項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)和專(zhuān)業(yè)的技術(shù)知識(shí)背景，致力于為中國(guó)制造企業(yè)提供先進(jìn)車(chē)間信息化管理的一體化服務(wù)。