Fragen Sie Ethan: Wie viele Planeten haben Kepler gesehen?

Ursprünglicher Autor: Ethan Siegel
  • Übersetzung

Bild des Kepler-Teleskops:

Wie viele Planeten gibt es in unserer Galaxie? Die Antwort auf eine solche Frage lag vor 30 Jahren im Bereich der reinen Spekulation, denn wir hatten damals noch keinen einzigen Planeten außerhalb des Sonnensystems gefunden. Wenn Sie heute zurückspulen, stellt sich heraus, dass wir bereits Tausende solcher Planeten direkt gefunden haben - und die meisten von ihnen sind offen für die Mission der NASA Kepler . Trotz aller Erfolge von Kepler und all dieser neuen Entdeckungen sind die Planeten die interessantesten, die er vermisst hat. Und wie viele von ihnen? Unser Leser Rudi Siegel (kein Verwandter) möchte wissen:
Da Kepler die Transitmethode zur Erkennung von Exoplaneten verwendet , wie viele davon vermissen wir aufgrund einer Nichtübereinstimmung der Ekliptikebenen?

Die Antwort besteht aus zwei Teilen: Wir haben 99% solcher Planeten verfehlt, aber der Grund für das Vermissen der meisten Planeten hängt in keiner Weise mit der Ausrichtung der Ekliptik zusammen.


Von Kepler entdeckte Planetenarten. Die großen Planeten und die Nähe zum Stern-

Kepler-Teleskop arbeiteten drei Jahre lang täglich mit dem Beobachten eines kleinen Teils unserer Galaxie, bis die vorläufige Mission freigelassen wurde. Er betrachtete einen der Abschnitte eines Spiralarms und beobachtete trotz des engen Sichtfelds sofort 150 000 Sterne, die winzige periodische Änderungen ihrer Helligkeit nachverfolgten. Wenn der Stern für einen kurzen Zeitraum etwas schwächer wurde und dann wieder seine ursprüngliche Helligkeit erreichte, wonach ein solcher Zyklus nach einiger Zeit wiederholt wurde, wurde dieses Ereignis als Kandidat für den Planeten vermerkt.


Links - der Haupttransit, rechts - die Erkennung der Exoplaneten KOI-64

Diese Methode ist als Transitmethode zum Öffnen von Exoplaneten bekannt. Die Ausrichtung der Sonnensysteme relativ zu unseren kann beliebig sein, aber manchmal finden wir eine, bei der der Planet, der sich um einen Stern bewegt, der aus unserer Sicht in direkter Sichtlinie ist, diese Linie kreuzt. Eine vorübergehende Abnahme der Helligkeit kann jedoch andere Phänomene verursachen:
  • Ein Asteroid des Kuiper-Gürtels , der in unserem Sonnensystem fliegt ;
  • Der verwaiste Planet in den Tiefen des interstellaren Raums;
  • Ein Doppelsternsystem, bei dem eines das andere abdeckt;
  • Die interne Variabilität der Helligkeit des Sterns selbst - zum Beispiel ein großer kalter dunkler Fleck.



2006 durchquerte Merkur die Sonne, aber ein großer Fleck auf der Sonnenscheibe reduzierte seine Lichtstärke erheblich.

Wenn dieses Versagen in der Helligkeit derselben Größe jedoch noch mehrmals wiederholt wird, wird es zu einem hervorragenden Kandidaten für die nachfolgende Beobachtung mit einer anderen Methode. Etwa die Hälfte der von Kepler identifizierten Planetenkandidaten hat sich bisher als echte Planeten erwiesen - und davon gibt es bereits mehrere Tausend. Für 150.000 untersuchte Sterne in Keplers Sichtfeld ist dies nicht so sehr. Und die Intuition des Lesers war richtig - das Zusammentreffen der Ekliptik beeinflusst dies wirklich stark.


Im Blickfeld hatte Kepler etwa 150.000 Sterne, aber nur wenige tausend hatten die Passagen aufgenommen. Theoretisch sollten fast alle Sterne Planeten haben.

Sterne können recht große Körper sein - selbst der kleinste von ihnen hat einen Durchmesser von mehr als 100.000 km, aber die Entfernungen zu ihren Planeten sind sehr groß und reichen von Millionen bis Milliarden Kilometern entlang der Haupthalbachse. In unserem Sonnensystem ist der der Sonne nächste Planet der Merkur, der oft durch die Scheibe der Sonne verläuft. Das liegt aber nur daran, dass sich alle Planeten im Sonnensystem ungefähr in der gleichen Ebene befinden! Wenn wir uns außerhalb des Sonnensystems befinden würden, würden wir uns in Bezug auf die Ekliptikebene in einer zufälligen Orientierung befinden, und nur aus einem kleinen Teil der Richtungen könnten wir den Durchgang von Merkur sehen.

Bild
Planeten / Gradient / Chance für ein erfolgreiches Zusammenfallen der Flugzeuge.
Von einem zufälligen Ort im Weltall ausgehend von der relativen Größe und Umlaufentfernung zu jedem Planeten im Vergleich zur Sonne können Sie die Wahrscheinlichkeit berechnen, die Passage zu sehen. Je weiter von der Sonne entfernt, desto weniger Chancen. Bei der Berechnung hat die Tabelle Zeit und Größe nicht berücksichtigt.


Wir können diesen Bruchteil für jeden Planeten aus dem Sonnensystem berechnen und feststellen, je näher wir einem Stern sind, desto größer sind unsere Chancen. Selbst bei Mercury besteht eine Chance von weniger als 1%, mit dem Beobachter auf derselben Ebene zu sein, und wenn Sie sich in die Umlaufbahn von Jupiter bewegen, sind die Chancen bis 2000 gleich 1. Offensichtlich fehlt Kepler die meisten Planeten und die Durchgangsorientierung spielt hier eine große Rolle.

Es gibt aber noch andere Faktoren, deren Bedeutung noch größer sein kann.


Kepler entwickelte sich, um den Durchgang der Planeten zu beobachten, aber selbst ein großer Planet, der sich um einen Stern bewegt, kann nur einen kleinen Teil seines Lichts blockieren und seine Helligkeit um nicht mehr als 1% reduzieren. Je kleiner der Planet relativ zum übergeordneten Stern ist, desto mehr Passagen müssen Sie einfangen, um ein zuverlässiges Signal zu erhalten.

Die Größe spielt auch eine große Rolle - die Größe eines vorbeiziehenden Planeten im Verhältnis zu seinem übergeordneten Stern. Wenn der Exoplanet während des Durchgangs 1% der Oberfläche des übergeordneten Sterns bedeckt, wird er von Kepler leicht erkannt. Wenn er 0,1% der Oberfläche bedeckt, muss er zehnmal in der Umlaufbahn sein, um ein Signal mit vergleichbarer Zuverlässigkeit zu akkumulieren. 100% der Planeten in der Größe von Merkur sind zu klein, um sie in der Nähe der sonnenähnlichen Sterne zu sehen. Gleiches gilt für Planeten von der Größe des Mars. Der einfachste Weg, um die größten Planeten im Orbit um die kleinsten Sterne zu sehen, ist genau das, was Kepler entdeckt hat.


Die Anzahl der von Kepler entdeckten Planeten, sortiert nach Größe, Stand Mai 2016, als Wissenschaftler die größte Liste von Planeten veröffentlichten. Meistens gibt es Planeten wie Super-Earth oder Mini-Neptun, und nur ein kleiner Bruchteil der Planeten ist größer als die Erde.

Schließlich ist es eine Frage der Zeit. Keplers Mission dauerte drei Jahre, sodass sie mehrere Passagen dieser Planeten, die häufiger eine komplette Wendung machten, aufspüren konnte. Alle Gasgiganten in unserem Sonnensystem würden trotz ihrer Größe für Kepler unsichtbar bleiben! Wenn wir alles zusammenfassen, werden wir einige grundlegende Parameter sehen, die zusammenkommen müssen, damit Kepler den Planeten entdecken kann:
  • Die Orientierung des Planetensystems muss gut genug sein, damit die beobachtete Welt aus unserer Sicht auf der Scheibe des Sterns vorbeiziehen kann.
  • Der Planet muss relativ zur Größe des Sterns groß genug sein, so dass er bei einer bestimmten Anzahl von Durchgängen viel Licht blockiert.
  • Der Planet muss sich nahe genug an dem Mutterstern befinden, um während des Beobachtungszeitraums mindestens zwei Durchgänge durchführen zu können.



Obwohl Kepler Planeten von terrestrischer Größe fand, erwiesen sich die meisten offenen Planeten als größer als die Erde und waren näher an ihrem Stern als die Erde. Solche Planeten sind am einfachsten zu finden.

Es besteht die große Versuchung, die Anzahl der Planeten basierend auf den gefundenen Planeten zu extrapolieren und zu berechnen, wie viele Planeten auf der Anzahl der Sterne in der Galaxie basieren sollten. Wir haben jedoch einfach keine Daten dafür. Wir haben einen ganzen Berg von Planeten gemessen und aufgrund des Verhältnisses von Entfernung und Umlaufzeit können wir mit Sicherheit sagen, dass das Verhältnis der Anzahl der Planeten zur Anzahl der Sterne mindestens 1000-mal größer ist als wir es gesehen haben. Aber wir haben nicht genügend Daten für die äußeren Grenzen der Galaxie. Mit unseren bestehenden Methoden müssten wir hunderte von Jahren recherchieren, um zu verstehen, welches Bild typisch ist. Es gibt aber noch eine Chance.


Das konzeptionelle Diagramm des LUVOIR- Weltraumteleskops , das sich am L2-Punkt von Lagrange befindet, wird den Hauptspiegel mit einem Durchmesser von 15,1 m einsetzen und das Universum erforschen. Dabei werden unüberschaubare Fülle an astronomischen und wissenschaftlichen Kenntnissen im Allgemeinen

30-Meter-Teleskope wie das Giant Magellan-Teleskop und das europäische extrem große Teleskop potenziell übertragen sollte dank des von ihnen reflektierten Lichts die Außenwelt direkt sehen können, und die Traummaschine LUVOIR, ein 10-15 m-Teleskop, kann uns großzügig Informationen über die Planeten liefern, die unmöglich sind Wenn aktuelle Technologien. [ LUVOIR ist kein spezifisches Gerät, sondern lediglich eine Reihe von Anforderungen und Anforderungen an Teleskope der neuen Ebene. Ein Vertreter dieser Klasse ist beispielsweise ein Projekt.ATLAST , aber es wird nicht früher als 2035 gestartet. trans. ]. Und solange wir keine bestimmten Daten über den Weltraum haben, können wir nur niedrigere Grenzwerte festlegen und Schätzungen vornehmen. Man glaubt jetzt, dass es in unserer Galaxie Billionen Planeten gibt - aber wir wollen nicht raten, sondern wissen. Mit mäßigem Glück, nicht sehr großen Investitionen und viel harter Arbeit können wir diese Frage in wenigen Jahrzehnten beantworten.

Ethan Siegel - Astrophysiker, Popularisator der Wissenschaft, Blog Starts With A Bang! Er schrieb die Bücher Beyond The Galaxy und Treknologiya: Star Trek Science [ Treknology ].

FAQ: Wenn das Universum expandiert, warum expandieren wir nicht?; warum das Alter des Universums nicht mit dem Radius des beobachteten Teils davon übereinstimmt

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