Mennyire nehéz megtalálni a 9. bolygót?

Együttműködés Alla Aldersonnal

A művész a 9. bolygót jég óriásként ábrázolja.

A 90-es évek eleje óta az emberiség meghökkentő készséggel rendelkezik a Naprendszerünkön kívüli bolygók azonosításához. A mai napig megerősítettük, hogy létezik 3946 ilyen világ, amelyek közel 3000 különböző bolygórendszer között elterjedtek. Különböző felfedezési módszerekkel képesek voltunk pontosan kiszámítani ezeknek a tárgyaknak a sugarait és tömegét, amelyek közül néhány még feltűnő hasonlítással rendelkezik a halványkék pontnak, amelyet otthonunk nevezünk. Az exoplanet felfedezésének törekvésében megtanultuk, hogy a galaxisban a bolygók gyakoribbak, mint a homok szemei ​​a Föld tengerpartján. A Kepler űrtávcső hozzáadásával az exoplanet vadászati ​​arzenálunkba úgy tűnt, mintha egyetlen kozmikus hátsó udvarunkban élő bolygó sem maradhatna sokáig rejtve az emberiségtől.

Ezután egy 2016-os tanulmány egy olyan bolygó létezését javasolta, amely sokkal-sokkal közelebb volt az otthonhoz. Több Kuiper-öv-objektum (KBO) nagyon valószínűtlen irányú pályáin alapulva, a Caltech két csillagásza új bolygót emelt fel; nem egy a kozmikus hátsó udvarban, hanem egy közvetlenül a saját küszöbén. A 9. bolygónak átnevezett objektumnak a Föld tömegéhez képest ~ tízszeres tömegére és egy nagyon elliptikus pályára van szüksége ahhoz, hogy a KBO-kat a mai megfigyelt pályákba vezessen. Mivel ez a bolygó több ezer áthaladást igényel ahhoz, hogy sok KBO ellipszis körüli pályára bukkanjon, feltételezzük, hogy a 9. bolygó, ha létezik, továbbra is csendben bukkan a Kuiperi övben, messze túl az apró Plútó pályáján.

Az igazított KBO-k pályáinak vázlata, a 9. bolygó javasolt pályája narancssárga színben.

Bármennyire izgalmas az, hogy spekulálunk egy másik nagy bolygó létezéséről a saját Naprendszerünkben, egy valószínűleg körültekintőbb kérdés, amelyre válaszolhatunk: miért nem találtuk még a 9. bolygót? Az utoljára felfedezett bolygó, a Neptunusz csaknem két évszázaddal ezelőtt készült el archaikus, 4,3 méter hosszú refraktor távcső segítségével; Nem nagyobb, mint 20. Bár jóval közelebb áll hozzánk, mint a 9. bolygónak, a Neptunusz továbbra is hasonló sugarat ad az újonnan javasolt bolygóhoz. Természetesen a tudományos és technológiai fejlődés 200 év alatt lehetővé tenné számunkra, hogy egy kissé távolabb lévõ bolygót észleljünk, mint Neptunusz, kissé távolabb a Naprendszerben, tehát mit ad?

Az új Naprendszer objektumok felfedezésének nehézségi fokát főként négy fő tényezőnek lehet tulajdonítani:

  1. Szögátmérő - mekkora objektum jelenik meg a Földről
  2. Látható nagyság - az objektum milyen fényes jelenik meg a Földről
  3. Relatív mozgás - Milyen gyorsan mozog az objektum a Földről
  4. Orbitális jellemzők - Ahol a tárgy megjelenik az égbolton a Földtől

Ebben a cikkben ezeket a tényezőket használom annak meghatározására, milyen nehéz lenne a modern technológiát használva felfedezni a 9-es bolygót, és azon gondolkodnánk, miért nem sikerült megtalálnunk olyan könnyen, mint más testek, például a Neptunusz és a Pluton. Ez lehetővé teszi annak megállapítását, hogy a világ továbbra is rejtőzhet-e naprendszerünk szélén, vagy létezése teljes mértékben kizárható. Végül, ezt a cikket Ella Alderson középszintű író extraordinaire-nel közösen készítik, aki elkészítette saját cikkét a Planet 9 jelenlegi állásának legújabb frissítéseiről a csillagász közösségben. Nagyon ösztönzik Önt, hogy olvassa el az ő cikkét, amelyet alul mutatok össze.

Tehát milyen nehéz megtalálni a 9. bolygót?

1. Szögátmérő

Képzelje el, hogy próbál felfedezni egy futball-labdát a Földön egy kereskedelmi repülőgépről cirkáló magasságban. Így jelenik meg az égbolton a Neptunusz a Földtől. Neptuun átlagának több mint 27-szerese a Plútó szögátmérője, így Pluto a fenti példában egy borsó közmondásos egyenértékévé vált.

Mekkora az egyes bolygók átlagos mérete a Földön, a jobb oldali Plútó és Neptunusz összehasonlításával.

A 9. bolygó szögátmérőjének meghatározásához néhány különféle lehetőséget kell figyelembe vennünk. Először is, bár a 9. bolygó tömegét valamivel megbízhatóan becsülték meg, a világ sugarainak meghatározása kissé kétesbb. Ennek oka az, hogy a 9. bolygó a Föld és a Neptunusz közötti méretkategóriába esik, amelyet „Super Earths” -nek neveznek. Még nem tudunk elegendő információt az exoplanet idegen osztályának fejlődéséről, mivel a Naprendszerünkben nem létezik ilyen analóg. A 9-es bolygó kompakt, szörnyű sziklás bolygó lehet, vagy diffúz gázvilág lehet, hasonlóan a mini Uránuszhoz vagy Neptunuszhoz. Ez az eltérés lehetővé teszi, hogy a becsült sugara a Földéhez képest 2-4-szerese legyen; figyelemre méltó szórás egy olyan távoli világ megfigyelésére, mint a 9. bolygó.

És ez felhozza a Bolygó 9 szögátmérőjének meghatározásának második nehézségét; távolság. A legtöbb bolygó szinte körkörös pályán kering, a távolság a Naptól nagyjából változatlan a bolygó éve során. A 9-es bolygó azonban becslések szerint 1200 AU-ig elmozdul a Naptól, csak hogy befelé merüljön, mindössze 200 AU távolságra. Ez azt jelenti, hogy a 9-es bolygó hatszor nagyobbnak tűnik a periéliumában, mint az aphelionjában. Mivel nem tudjuk, hol van a 9 bolygó pályája, és semmilyen módon nem tudjuk meghatározni annak valódi sugarat, minden lehetőséget figyelembe kell vennünk annak meghatározására, hogy a modern technológiával milyen nehéz a világot felismerni.

Furcsa módon a 9-es bolygó átlaga egy olyan szögátmérő, amely nagyon hasonló a Plútóéhoz. Optimista oldalról nézve a világ több mint négyszerese Pluton átmérőjének, vagy akár csak 1/3-át is megjelenhet. Érdekes megjegyezni, hogy a Hubble űrteleszkóp optimális szögfelbontása csak a Planet 9-hez tenné lehetővé, hogy a CCD kameráján csak néhány pixel maximális felbontást biztosítson. A világot mégis megerősíthetjük, ha elég világos ...

A Plubóból származó képek a Hubble-ból (mint ez) valójában sok tíz, ha nem több száz halmozott képből állnak, hogy ilyen minőségű felbontást kapjanak. A valóságban a Plutó csak körülbelül 2,4 képpontot jelenít meg a Hubble CCD-jén.

2. Látható nagyság

A csillagászat területén a méret nem minden. Ha valami elég fényesen ragyog, akkor is, ha túl kicsi ahhoz, hogy feloldódjon, felfoghatjuk a fényét, és meghatározhatunk valamit róla. A csillagok számára ez könnyű. Intenzív fényt bocsátanak ki a csillagok felületei, ahol ez nagyrészt zavartalanul eljut a szemünkbe vagy a távcsövekbe, hogy megfigyelhessük őket. A bolygók esetében a folyamat nem olyan egyszerű. A bolygó gazdagombját elhagyó fény exponenciálisan csökken a távolsággal, ahogy a fény terjed az űrben. Mire ez a fény eljut egy távoli bolygón, erőssége jelentősen csökkent. A bolygó atmoszférája ezután elnyeli ennek a fénynek a töredékét, mielőtt a többinek visszatükröződhet az űrben. A visszatérő úton a fény ismét exponenciálisan elhomályosul, mielőtt végre elérheti a szemünket és a távcsöveket.

A Neptunusznak egy nyilvánvaló nagysága van, amely összehasonlítható egy 60 Watt-os izzónak a chicagói Willis-torony tetején a New York-i Empire State Building épületéből történő figyelmeztetésével (figyelmen kívül hagyva a terepet). A Plútó 800-szor kevésbé világít, mint ez, és a fent említett 60 wattos izzót 30 000 kilométernél távolabbi geoszinkron pályára helyezte át. Amikor a 9. bolygót érzékeljük, amely egy közel 18-szor átlagban távolabbi objektum, mint Plútó, a látszólagos nagyság jelentős akadálynak bizonyulhat.

Még akkor is, ha a lehető legmagasabb sugarat mutatná a Naphoz való legközelebbi áthaladása során, a 9-es bolygó többször is tompa lenne, mint Plútó. A távoli világ átlagosan kevesebb, mint Plutona fényerősségének 1/700-a lenne, leg pesszimistabb tulajdonságai révén ez a fényerő kb. 15.000-szer kevesebb, mint a kicsi volt bolygóé. Ennek az utolsó forgatókönyvnek a fényereje csak kissé meghaladja magának a Hubble-nek a korlátozó nagyságát, és valójában tompítja, mint a Tejút-galaxis összes csillagának 70% -a a Földről! Még akkor is, ha szerencsések vagyunk, hogy elfogjuk a Hubble keretébe, a 9-es bolygót valószínűleg elfojtja egy képből egy világosabb háttérrel rendelkező csillag.

Van még egy olyan fényforma, amelyet a bolygók bocsáthatnak ki; nem a felületük által visszatükrözött fény, hanem inkább a fény, amelyet maguk a bolygók mélyen generálnak. A földgáz óriások hatalmas világok, belső részüket hatalmas gravitációs nyomás sűríti. Ez a gáz világok dinamikus természetével kombinálva sok óriás bolygó számára fényes sugárzást biztosít az infravörös fény spektrumában. A naprendszerünkben található gáz- és jég óriások nagy része valójában néhányszor fényesebb az infravörös spektrumban, mint a látható spektrumban, így könnyebben észlelhetők hosszú hullámhosszú távcsövekkel.

Jupiter infravörös fényben, a Gemini Obszervatóriumból.

Ennek a tendenciának az egyik nyilvánvaló kivétele az Uránusz. Még mindig ismeretlen okokból úgy tűnik, hogy az Uránusz szinte nem mutat be belső hőt. Lehetséges, hogy a Planet 9 hasonló az Uránuszhoz, ebben az esetben a látható fényre kell támaszkodnunk, hogy felfedezzük. Ha ez inkább hasonlít a Naprendszerünkben található többi 3 gázbolygóra, a Planet 9 infravörös hőt képes előállítani az átlagos intenzitás 500-szorosával, amelyet a Nap látható fényében kap. Ha ez igaz, a 9-es bolygó megfigyelése sokkal megvalósíthatóbbá válik.

3. Relatív mozgás

A távoli Naprendszer objektumok mozgásának figyelése unalmas feladat. 3,4 percig tart, amíg a lassú Plútó elhalad az 1 képpont relatív távolságán a Hubble CCD-n. Annak érdekében, hogy a tudósok valóban ellenőrizhessék az apró világ mozgását, Plútó meghaladta szögátmérőjének távolságát, teljesen elkerülve a saját keresztmetszetének útját. Mivel a Plútó átmérője körülbelül 2,4 pixel, két fényképet 8 percnél hosszabb időközönként kell elkészíteni annak megerősítéséhez, hogy Plútó valóban mobil, napenergia-rendszerű objektum. Képzelje el a korábbi példát, amikor a borsót látta a kereskedelmi repülőgépből, csak most a borsó mozog… másodpercenként 0,0000062 méter sebességgel… és látnia kell, hogy mozog.

Noha a szögek mérete hasonló a Plutonhoz, a 9-es bolygó sokkal, sokkal lassabban mozogna az égen. Perihelionon (a pálya leggyorsabb pontján) a 9-es bolygónak még néhány óráig kellene tartózkodnia a saját sziluettje útjából, hogy észlelje mozgását. Apheliónál ugyanaz a jelenség több mint egy napot igénybe vehet!

4. Orbitális jellemzők

Az utolsó nehézség a 9. bolygó megtalálásában az atipikus pályájának jellemzői. Plutont valószínűleg véletlenül találták meg, de felfedezése nem volt véletlen. Amikor új Naprendszer tárgyakat keres, a tudósok hajlamosak megfigyelni a Naprendszer körüli síkját, mert a legtöbb objektum, amely a Napot kering, a síktól csupán néhány fokon belül helyezkedik el. Felfedezésének napján Plútó szinte pontosan ezen a gépen volt; egy olyan jelenség, amely csak körülbelül minden században fordul elő ehhez. A 9. bolygó, amelynek a lejtése szintén magas lesz a Naprendszer síkja felett, keringési periódusa meghaladhatja a 18 000 évet! Ez minimális valószínűséget ad arra, hogy ma közel van az ecliptikához, valószínűleg véletlenszerű felfedezést zárva.

A bolygók pályája. Megjegyzés: Plútó közelsége a pálya síkjához 1931-ben; csak egy évvel a felfedezése után.

Következtetés

Sajnos a távoli Naprendszer objektumainak felfedezése szigorúan bármilyen módon elvágható, és a Planet 9 sem lenne kivétel. Ezen számok alapján valószínű, hogy még nem fedeztük fel az óriásvilágot egyszerűen azért, mert nem a megfelelő helyekre néztünk, nem a megfelelő hullámhosszra néztünk, vagy hogy megnéztük és hiányoztuk teljesen. A megfigyelési technológiánk növekedésével és fejlődésével végül elérjük azt a pontot, ahol a Bolygó 9 létezése már nem maradhat kétértelmű. Ebben a pillanatban fedezhetjük fel naprendszerünk rég elveszett kilencedik bolygóját, vagy máshol mutathatjuk távcsöveinket a következő nagy rejtély keresése céljából.

Ahogy ígértük, itt található egy link Ella cikkéhez! Nyomatékosan sürgetem, hogy ellenőrizze, és köszönöm az olvasást!