Koliko je teško pronaći planetu 9?

Suradnja s Ellom Alderson

Umjetnički prikaz planete 9 kao ledenog giganta.

Od ranih 90-ih čovječanstvo je pokazalo zapanjujuću vještinu za prepoznavanje planeta izvan našeg Sunčevog sustava. Do danas smo potvrdili postojanje 3.946 takvih svjetova, raspoređenih među gotovo 3000 različitih planetarnih sustava. Koristeći razne metode otkrića, uspjeli smo točno zaključiti radijuse i mase mnogih ovih objekata, od kojih neki čak imaju i upečatljivu sličnost sa blijedoplavom točkom koju zovemo dom. U našoj potrazi za otkrivanjem egzoplaneta, saznali smo da su planete u galaksiji češće od zrna pijeska na plažama Zemlje. Dodavanjem svemirskog teleskopa Kepler u naš arsenal lova egzoplaneta, činilo se kao da nijedan planet koji živi u našem kozmičkom dvorištu ne može dugo ostati skriven od čovječanstva.

Zatim je studija iz 2016. predložila postojanje planeta koji je bio puno, puno bliži domu. Na temelju vrlo malo vjerojatnih poravnanja orbite nekoliko objekata Kuiperovog pojasa (KBO-a), dva astronoma iz Caltecha zamislili su novi planet; ne jedan u našem kozmičkom dvorištu, već jedan desno na našem pragu. Nazvanom planetom 9, predloženi objekt trebao bi imati masu oko 10 puta veću od Zemlje, a visoko eliptična orbita bi ga uvela u KBO-ove putanje koje danas promatramo. Budući da bi za takav planet trebalo tisuće prolazaka da mnogi KBO-i izbace u eliptičnu orbitu, pretpostavlja se da Planet 9, ako postoji, još uvijek tiho vreba u Kuiperovom pojasu, daleko izvan orbite malog Plutona.

Dijagram orbita usklađenih KBO-a, predložena orbita planete 9 prikazana je narančastom bojom.

Koliko god uzbudljivo nagađati o postojanju još jednog velikog planeta u našem vlastitom Sunčevom sustavu, možda je razboritije pitanje na koje se može odgovoriti: zašto još nismo pronašli planetu 9? Posljednji otkriveni planet, Neptun, napravljen je tako prije gotovo dva stoljeća pomoću arhaičnog refraktorskog teleskopa dugog 4,3 metra; povećavanje ne veće od 20. Iako nam je prilično bliže nego što bi trebala biti planeta 9, Neptun i dalje daje radijus sličan novopredloženom planetu. Zasigurno 200 godina napretka u znanosti i tehnologiji omogućile bi nam da opazimo planetu samo malo manju od Neptuna, malo dalje u Sunčevom sustavu, pa što daje?

Stepen teškoće u otkrivanju novih objekata Sunčevog sustava može se uglavnom pripisati četiri glavna faktora o objektu:

  1. Kutni promjer - Koliki se objekt pojavljuje od Zemlje
  2. Prividna veličina - Koliko svijetli objekt izgleda sa Zemlje
  3. Relativno kretanje - Kako se brzo čini da se objekt kreće sa Zemlje
  4. Orbitalne karakteristike - Gdje se objekt na nebu pojavljuje sa Zemlje

U ovom ću članku koristiti ove faktore kako bih razaznao koliko bi bilo teško uočiti Planet 9 koristeći modernu tehnologiju i nagađati zašto ga nismo uspjeli pronaći tako lako kao druga tijela poput Neptuna i Plutona. To će omogućiti zaključak može li se svijet još uvijek skrivati ​​na periferiji našeg Sunčevog sustava ili se može u potpunosti isključiti njegovo postojanje. Konačno, ovaj je članak napravljen u suradnji s vanrednom piscem Medijske svemirske književnice Ellom Alderson, koja je pripremila vlastiti članak o najnovijim ažuriranjima trenutnog stanja planete 9 u astronomskoj zajednici. Toplo vas ohrabrujem da pogledate naš članak koji ću povezati pri dnu.

Dakle, koliko je teško pronaći planetu 9?

1. Kutni promjer

Zamislite da pokušate uočiti nogometnu loptu na Zemlji iz komercijalnog mlaznice na krstarećoj visini. Ovako se na nebu sa Zemlje pojavljuje veliki Neptun. Neptun u prosjeku ima više od 27 puta kutni promjer Plutona, što Pluton predstavlja proverni ekvivalent graška u gornjem primjeru.

Koliko se svaki planet u prosjeku pojavljuje od Zemlje, s usporedbom Plutona i Neptuna s desne strane.

Utvrđivanje kutnog promjera planete 9 zahtijeva da razmotrimo nekoliko različitih mogućnosti. Prvo, iako je masa planete 9 donekle pouzdano procijenjena, određivanje radijusa svijeta malo je jasnije. To je zato što Planet 9 spada u kategoriju veličine između Zemlje i Neptuna koji se nazivaju "Super Zemljama". O evoluciji ove strane klase egzoplaneta još uvijek ne znamo dovoljno, jer u našem Sunčevom sustavu ne postoji takav analog. Planeta 9 mogao bi biti kompaktan, monstruozni stjenoviti planet, ili to bi mogao biti difuzni svijet plina, slično mini Uranu ili Neptunu. To odstupanje omogućava da se njegov procijeđeni radijus ljulja između 2 i 4 puta više od Zemljine Zemlje; primjetna varijanca kada je u pitanju uočavanje svijeta tako dalekog kao što je Planet 9.

A to dovodi do druge poteškoće u određivanju kutnog promjera planete 9; udaljenost. Većina planeta orbitira u gotovo kružnim orbitama, njihova udaljenost od Sunca uglavnom se mijenja ne mijenjajući se tijekom godine planete. Procjenjuje se da će se za planetu 9 odskočiti čak 1200 AU od Sunca, samo da bi se vratio prema unutra na udaljenosti od samo 200 AU. To znači da će se Planet 9 u svom periheliju pojaviti 6 puta veći nego u afeliju. Budući da ne znamo gdje se planeta 9 nalazi u njenoj orbiti, niti imamo bilo kakva sredstva za određivanje njezinog pravog radijusa, morat ćemo uzeti u obzir svaku mogućnost da utvrdimo koliko je svijet teško detektirati pomoću moderne tehnologije.

Čudno je da planeta 9 ima kutni promjer prilično sličan Plutonu. S optimistične strane, svijet se može pojaviti više od 4 puta većeg promjera Plutona ili kao maleni samo 1/3. Zanimljivo je napomenuti da bi optimalna kutna razlučivost Hubble svemirskog teleskopa omogućila planeti 9 maksimalnu razlučivost od samo nekoliko piksela na njenoj CCD kameri. Svijet bi se ipak mogao potvrditi ako je dovoljno svijetao ...

Fotografije Plutona s Hubblea (poput ove) zapravo su sastav mnogih desetaka, ako ne i stotina naslaganih slika, da bi se dobila rezolucija ove kvalitete. U stvarnosti, Pluton se pojavljuje na ekranu samo oko 2,4 piksela na Hubbleu.

2. Prividna veličina

U domenu astronomije, veličina nije sve. Ako nešto svijetli dovoljno svijetlo, čak i ako je premalo za razlučivanje, možemo uhvatiti njegovu svjetlost i odrediti nešto o tome. Za zvijezde je to jednostavno. Intenzivno svjetlo se emitira sa površina zvijezda, gdje tada putuje uglavnom nesmetano našim očima ili teleskopima koje ćemo promatrati. Za planete proces nije tako jednostavan. Svjetlost koja napušta zvijezdu domaćina planeta smanjuje se eksponencijalno s udaljenošću dok se svjetlost širi kroz svemir. Kad ova svjetlost dosegne daleki planet, njezin se intenzitet znatno smanjio. Atmosfera planeta tada apsorbira djelić ove svjetlosti prije nego što se ostatak ostavi da se odbija u svemir. Svjetlost je ponovno eksponencijalno zatamnjena na povratnom putovanju prije nego što konačno uspije doprijeti do naših očiju i teleskopa.

Neptun je prosječne veličine, usporedive s opažanjem 60-vatne žarulje na Willis Tower u Chicagu iz Empire State Buildinga u New Yorku (zanemarujući teren). Pluton je 800 puta manje svijetao od ovoga, premještajući spomenutu žarulju od 60 W u geosinhronu orbitu, udaljenu više od 30 000 kilometara. Kad je u pitanju otkrivanje planete 9, objekta koji ima prosjek gotovo 18 puta dalje od Plutona, prividna veličina može se pokazati značajnom preprekom.

Čak i pokazujući svoj najveći mogući polumjer za vrijeme svog najbližeg prolaska Suncu, Planet 9 bi i dalje bio višestruko zatamnjen od Plutona. Daleki svijet prosječno bi iznosio manje od 1 / 700th Plutona, a njegove naj pesimističnije karakteristike dale su mu blistavost ~ 15.000 puta manju od malog bivšeg planeta. Svjetlina ovog posljednjeg scenarija tek je malo iznad granične magnitude samog Hubblea i zapravo je tamnija od 70% svih zvijezda u galaksiji Mliječni put sa Zemlje! Čak i da smo imali dovoljno sreće da ga snimimo u Hubble-ovom kadru, Planet 9 bi najvjerojatnije pozadinske zvijezde izbacio iz slike.

No postoji i drugi oblik svjetlosti koji planete mogu emitirati; ne svjetlost koja se odbija od njihovih površina, već svjetlost koja se stvara duboko unutar samih planeta. Plinski divovi su masivni svjetovi, a u unutrašnjosti su komprimirani ogromni gravitacijski pritisci. To, u kombinaciji s dinamičnom prirodom plinskih svjetova, mnogim divljim planetima daje svijetle emisije u infracrvenom spektru svjetlosti. Većina plinovitih i ledenih divova u našem Sunčevom sustavu zapravo je nekoliko puta svjetlija u infracrvenom spektru nego u vidljivom spektru, što ih čini lakšim za gledanje teleskopima duge valne duljine.

Jupiter u infracrvenom svjetlu, iz zvjezdarnice Blizanci.

Jedna izrazita iznimka ovog trenda je Uran. Iz nepoznatih razloga, čini se da Uran ne pokazuje unutarnju toplinu. Moguće je da je Planeta 9 slična Uranu. U tom ćemo se slučaju morati pouzdati u vidljivu svjetlost kako bismo je otkrili. Ako je više poput ostale 3 plinske planete u našem Sunčevom sustavu, planeta 9 mogla bi stvarati infracrvenu toplinu brzinom 500 puta višom od prosječnog intenziteta koji prima u vidljivoj svjetlosti od Sunca. Ako je to istina, uočavanje Planete 9 postalo bi mnogo izvedivije.

3. Relativno gibanje

Gledanje udaljenih objekata sunčevog sustava se muči. Spot Plutonu treba 3,4 minute da prijeđe relativnu udaljenost od 1 piksela na Hubble CCD uređaju. Da bi znanstvenici doista mogli provjeriti kretanje sićušnog svijeta, Pluton je prešao udaljenost svog kutnog promjera, u potpunosti se krećući od vlastitog presjeka. Budući da je Pluton promjera oko 2,4 piksela, potrebno je napraviti dvije fotografije udaljene više od 8 minuta kako bi se potvrdilo da je Pluton doista mobilni objekt Sunčevog sustava. Zamislite primjer prije nego što ste vidjeli grašak s komercijalnog aviona, tek sada se grašak kreće… brzinom 0,0000062 metra u sekundi… i morate ga vidjeti kako se kreće.

Iako u kutnoj veličini sličan Plutonu, planeta 9 kretala bi se mnogo, puno sporije na nebu. U periheliju (najbržoj točki u svojoj orbiti), Planeti 9 bi bilo potrebno nekoliko sati da se krene s puta sopstvene siluete da bi uočio svoje kretanje. U apeliji bi taj isti fenomen mogao potrajati više od jednog dana!

4. Orbitalne karakteristike

Posljednja poteškoća u pronalaženju planeta 9 bile bi njegove atipične orbitalne karakteristike. Pluton je možda pronađen slučajno, ali njegovo otkriće nije bilo slučajno. Prilikom traženja novih objekata Sunčevog sustava, znanstvenici imaju tendenciju promatranja u blizini orbitalne ravnine Sunčevog sustava, jer većina objekata koji orbitiraju oko Sunca to čine u samo nekoliko stupnjeva ove ravnine. Na dan svog otkrića, Pluton je bio gotovo točno na ovoj ravnini; pojava koja se za nju događa otprilike jednom u stoljeću ili tako nekako. Planeta 9, koja bi također imala nagib visoko iznad ravnine Sunčevog sustava, može imati orbitalno razdoblje veće od 18.000 godina! To mu daje malu vjerojatnost da će danas biti u blizini ekliptike, što vjerojatno isključuje slučajno otkriće.

Orbitalna ravnina planeta. Primjetite blizinu Plutona u orbitalnoj ravnini 1931 .; samo godinu dana nakon otkrića.

Zaključak

Jao, otkrivanje udaljenih objekata sunčevog sustava rigorozno je bilo koji način da ga izrežete, a Planet 9 ne bi bio iznimka. Na temelju ovih brojeva, sasvim je moguće da još uvijek nismo otkrili divovski svijet, jednostavno zato što nismo pogledali na pravim mjestima, nismo gledali u pravoj valnoj duljini ili smo to gledali i propustili u cijelosti. Kako naša tehnologija promatranja raste i razvija se, na kraju ćemo stići do točke u kojoj postojanje planete 9 više nije moglo biti dvosmisleno. U ovom trenutku ćemo ili otkriti davno izgubljeni deveti planet našeg Sunčevog sustava, ili uputiti svoje teleskope drugdje u potrazi za sljedećom velikom misterijom.

Kao što je obećano, evo poveznice na Elin članak! Snažno vas molim da to provjerite i hvala vam na čitanju!