ケプラー宇宙望遠鏡（探査機）：NASAの系外惑星発見ミッション概要と成果
ケプラー宇宙望遠鏡のミッション概要と系外惑星発見の成果を詳解。NASAの観測手法、主要発見、ハビタブル候補までわかりやすく紹介。
ケプラーは、他の星を周回する地球のような惑星を発見するためにNASAが打ち上げた宇宙観測機です。17世紀のドイツの天文学者ヨハネス・ケプラーに敬意を表して命名されたこの宇宙船は、2009年3月7日に打ち上げられました。当初の設計寿命は3.5年でしたが、ミッションは延長され、2018年10月30日に燃料枯渇により正式に運用を終了しました（総運用期間は約9年7か月）。
ミッションの目的と観測手法
ケプラー計画は、「天の川銀河の私たちの領域の一部を調査して、ハビタブルゾーンまたはその近くに地球サイズの惑星を数十個発見し、銀河系にある数十億個の星のうち何十億個がそのような惑星を持っているかを決定するために特別に設計されています」。観測は主にトランジット法（通過・食法）によって行われ、恒星の前を惑星が横切る際に起きる周期的な減光を精密な光度測定で捉えます。光電計は、一次ミッションではおよそ14万〜15万個の主系列星の明るさを一定の視野で継続的に監視しました。この大量の光度曲線が地球に送られ、候補天体の抽出と解析が行われます。
計器概要と観測能力
- 望遠鏡有効口径：約0.95メートルの光学系。
- 検出器：複数のCCDモジュールで構成され、広い視野（約115平方度）を一度に撮像。
- 目標精度：恒星の微小な減光（小さな地球サイズ惑星による数百〜数万分の一の変化）を検出できる高精度光度計測。
- 観測領域：一次ミッションでは主にこと座〜はくちょう座付近の一定視野を長期間観測。リアクションホイール故障後はK2と呼ばれる延長ミッションで黄道面付近の複数のキャンペーンを順次観測。
運用の変遷とK2延長ミッション
当初は3.5年の任務が計画されていましたが、運用と解析の延長により科学データは長期間にわたり蓄積されました。2013年には姿勢制御に用いるリアクションホイールが故障したため、当初の長期連続視野での観測は困難になりました。しかし、チームは太陽圧力を利用した新しい姿勢制御法を開発し、2014年からは「K2」と呼ばれる延長ミッションとして、異なる方向の小さな視野を順次観測する方式で活動を続けました。K2は多様な天体（系外惑星候補に加えて若い星、超新星、微小天体など）を対象にし、2018年まで科学観測を続けました。
主要な成果と科学的意義
ケプラーは系外惑星研究に革命をもたらしました。主な成果は次のとおりです：
- 候補天体の大量発見：数千のトランジット候補（Kepler Object of Interest, KOI）が検出され、膨大なフォローアップ観測と解析により約2,600個以上の系外惑星が確認・確定されました（Kepler本体とK2の成果を合わせた規模）。
- 地球サイズ惑星やハビタブルゾーン候補の発見：Kepler-22b、Kepler-186f、Kepler-452bなど、ハビタブルゾーン付近に位置する小型〜地球サイズに近い惑星候補が注目されました。
- 多惑星系の普遍性の提示：コンパクトで多くの惑星を伴う系（例：内側に複数のスーパーアース・ミニネプチューンが並ぶ系）が多数見つかり、惑星系形成理論の重要な制約を与えました。
- 周双星惑星（周重星惑星）や多様な軌道配置の検出：例えばKepler-16bのような周双星惑星が確認され、惑星形成の多様性が示されました。
- 統計的研究の基盤構築：ケプラーの大規模サンプルは、恒星の性質や軌道長さに依存した惑星出現率（η⊕を含む）の推定を可能にし、系外惑星の「普通さ」を定量化しました。
データ公開と後続研究への影響
ケプラーの光度曲線と解析結果は公開アーカイブで一般に利用可能であり、多くの研究者や市民科学プロジェクト（例：Planet Hunters）によって二次解析が行われています。ケプラーが残したデータは今後も新しい手法で価値を生み続け、後継の観測ミッション（TESS、JWSTなど）や地上望遠鏡による精密な追観測により系外惑星研究がさらに進展しています。
運用終了と遺産
2018年10月30日、NASAはケプラー探査機が燃料の枯渇により操業を続けられないとしてミッションを正式に終了しました。だが、ケプラーがもたらしたカタログ、手法、統計的知見は、系外惑星探索の礎として残り続けます。ケプラーの成果により、地球サイズでハビタブルゾーンにある惑星が銀河内に相当数存在する可能性が強く示され、今後の探索方針や観測計画に大きな影響を与えました。
まとめ：ケプラーは打ち上げ以来、トランジット法というシンプルかつ強力な手法で系外惑星探査を大規模に展開し、数千の候補と約2,600個以上の確認惑星をもたらしました。ミッションは2018年に終了しましたが、そのデータと科学的遺産は現在も系外惑星研究の中心的資源として活用されています。
ケプラー 望遠鏡の印象
ケプラー引退
ケプラー宇宙望遠鏡は、ポインティングシステムに技術者が修正できない問題があるため、惑星探査ミッションを断念せざるを得ませんでした。
質問と回答
Q:ケプラーとは何ですか?
A: ケプラーは、他の星を周る地球のような惑星を発見するためにNASAが打ち上げた宇宙観測機です。
Q:宇宙船の名前は誰にちなんで付けられたのですか?
A:17世紀のドイツの天文学者ヨハネス・ケプラーにちなんで名づけられました。
Q:いつ打ち上げられたのですか?
A:2009年3月7日に打ち上げられました。
Q: 活動は何年続きましたか?
A: 2022年11月10日現在、13年8ヶ月と3日です。
Q:ミッションの目的は何ですか?
A:天の川銀河の一部を探査し、ハビタブルゾーンにある数十個の地球型惑星を発見し、銀河系内にそのような惑星を持つ星がどれだけあるかを明らかにすることです。
Q:どのような仕組みなのでしょうか?
A: 14万5000個以上の主系列星の明るさを固定視野で観測し、そのデータを地球に送信して、太陽系外惑星が主星を横切ることによって生じる周期的な減光を分析する掩蔽（えんぺい）方式で行われます。
Q:これまでに何個の惑星候補が見つかっているのでしょうか?
A:2013年1月現在、合計2,740個の候補が見つかっています。
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