Fragen Sie Ethan: Wie viele Planeten hat das Kepler-Teleskop gesehen?

Kepler-Teleskopbild

Wie viele Planeten gibt es in unserer Galaxie? Vor 30 Jahren lag die Antwort auf eine solche Frage im Bereich der reinen Vermutung, denn damals hatten wir 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 davon werden von der NASA-Kepler-Mission entdeckt . Trotz aller Erfolge von Kepler und all dieser neuen Entdeckungen bleiben die interessantesten Planeten, die er verpasst hat, erhalten. Wie viele gibt es? Unser Leser Rudy Siegel (kein Verwandter) möchte wissen:

Da Kepler die Transitmethode verwendet, um Exoplaneten zu erkennen, wie viele von ihnen überspringen wir aufgrund der Nichtübereinstimmung der Ekliptikebenen?

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


Sorten von Keplers entdeckten Planeten. Planeten tendieren zu einer großen Größe und in unmittelbarer Nähe zu einem Stern

Das Kepler-Teleskop arbeitete nach dem Prinzip, drei Jahre lang täglich einen kleinen Teil unserer Galaxie zu beobachten, bis die Frist für die vorläufige Mission abgelaufen war. Er betrachtete einen der Abschnitte eines Spiralarms und beobachtete trotz des engen Sichtfelds sofort 150.000 Sterne, wobei er winzige periodische Änderungen ihrer Helligkeit verfolgte. Insbesondere wenn der Stern für kurze Zeit etwas schwächer wurde und dann zu seiner ursprünglichen Helligkeit zurückkehrte, wonach sich ein solcher Zyklus nach einiger Zeit wiederholte, wurde dieses Ereignis als Kandidat für den Planeten notiert.


Links ist der Haupttransit, rechts die Entdeckung des KOI-64-Exoplaneten

Diese Methode ist als Transitmethode zur Entdeckung von Exoplaneten bekannt. Die Ausrichtung der Sonnensysteme relativ zu unseren kann beliebig sein, aber manchmal finden wir eine, bei der ein Planet, der sich um einen Stern bewegt, der sich aus unserer Sicht in direkter Sichtlinie befindet, diese Linie schneidet. Eine vorübergehende Abnahme der Helligkeit kann jedoch andere Phänomene verursachen:

• Ein fliegender Asteroid aus dem Kuipergürtel in unserem Sonnensystem;
• Verwaister Planet in den Tiefen des interstellaren Raums;
• Ein Doppelsternsystem, in dem einer den anderen abdeckt;
• Die interne Variabilität der Leuchtkraft des Sterns selbst - zum Beispiel ein großer kalter dunkler Fleck.

Im Jahr 2006 passierte Merkur die Sonne, aber ein großer Fleck auf der Sonnenscheibe reduzierte seine Leuchtkraft erheblich.

Wenn dieses Leuchtkraftversagen der gleichen Größenordnung jedoch noch einmal und noch mehrmals wiederholt wird, wird es zu einem hervorragenden Kandidaten für die anschließende Beobachtung mit einer anderen Methode. Etwa die Hälfte der von Kepler identifizierten Planetenkandidaten hat sich bisher als echte Planeten herausgestellt - und es gibt bereits mehrere Tausend von ihnen. Für Keplers Sichtfeld ist dies weniger für 150.000 untersuchte Sterne. Und die Intuition des Lesers war richtig - das Zusammentreffen der Ekliptik beeinflusst dies wirklich sehr.


Es gab ungefähr 150.000 Sterne in Keplers Sichtfeld, aber nur einige Tausend wurden aufgezeichnet. Theoretisch sollten fast alle diese Sterne Planeten haben.

Sterne können ziemlich große Körper sein - selbst die kleinsten von ihnen haben einen Durchmesser von mehr als 100.000 km, aber die Entfernungen zu ihren Planeten sind riesig, von Millionen bis Milliarden Kilometern entlang der großen Halbachse. In unserem Sonnensystem ist Merkur der der Sonne am nächsten gelegene Planet, der sich häufig durch die Sonnenscheibe bewegt. Dies liegt jedoch nur daran, dass sich alle Planeten im Sonnensystem ungefähr in derselben Ebene befinden! Wenn wir uns außerhalb des Sonnensystems befinden würden, wären wir in einer zufälligen Ausrichtung in Bezug auf die Ebene der Ekliptik, und nur mit einem kleinen Bruchteil der Richtungen könnten wir den Durchgang von Merkur sehen.


Planeten / Gradbereich / Chance auf ein erfolgreiches Zusammentreffen von Flugzeugen.
Anhand einer zufälligen Stelle im Weltraum können Sie anhand der relativen Größe und Umlaufbahnentfernung zu jedem Planeten im Vergleich zur Sonne die Wahrscheinlichkeit berechnen, die Passage zu sehen. Je weiter von der Sonne entfernt, desto geringer ist die Chance. Bei der Berechnung der Tabelle wurden Zeit und Abmessungen nicht berücksichtigt.

Wir können diesen Bruchteil für jeden Planeten aus dem Sonnensystem berechnen und feststellen, dass unsere Chancen umso größer sind, je näher wir dem Stern sind. Selbst Merkur hat eine Wahrscheinlichkeit von weniger als 1%, sich mit dem Beobachter in derselben Ebene zu befinden. Wenn Sie sich in Jupiters Umlaufbahn bewegen, beträgt die Wahrscheinlichkeit 1 im Jahr 2000. Offensichtlich verfehlt Kepler die meisten Planeten, und die Ausrichtung der Passagen spielt hier eine große Rolle.

Es gibt aber noch andere Faktoren, deren Bedeutung möglicherweise noch größer ist.


Kepler wurde entwickelt, um Planetenpassagen 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 im Verhältnis zu seinem Mutterstern ist, desto mehr Pässe müssen Sie fangen, um ein zuverlässiges Signal zu erhalten.

Die Größe spielt auch eine große Rolle - die Größe eines vorbeiziehenden Planeten im Verhältnis zu seinem Mutterstern. Wenn der Exoplanet während des Durchgangs 1% der Oberfläche des Muttersterns bedeckt, kann Kepler ihn leicht erkennen. Wenn es 0,1% der Oberfläche bedeckt, muss er 10 Mal die Umlaufbahn durchlaufen, um ein Signal mit vergleichbarer Zuverlässigkeit zu akkumulieren. 100% der Planeten von der Größe von Merkur sind zu klein, um neben den sonnenähnlichen Sternen sichtbar zu sein. Gleiches gilt für Planeten von der Größe des Mars. Der einfachste Weg, 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, ab Mai 2016, als Wissenschaftler die größte Liste von Planeten veröffentlichten. Am häufigsten werden Planeten wie Super-Erde oder Mini-Neptun gefunden, und nur ein kleiner Teil der Planeten ist größer als die Erde.

Schließlich ist da noch eine Frage der Zeit. Keplers Mission dauerte drei Jahre, so dass sie viel häufiger mehrere Passagen jener Planeten entdecken konnte, die eine vollständige Revolution machten. Alle Gasriesen in unserem Sonnensystem würden trotz ihrer Größe für Kepler unsichtbar bleiben! Wenn wir alles zusammenfügen, werden wir einige grundlegende Parameter sehen, die konvergieren müssen, damit Kepler den Planeten entdecken kann:

• Die Ausrichtung des Planetensystems muss gut genug sein, damit die beobachtete Welt aus unserer Sicht die Scheibe ihres Sterns passieren kann.
• Der Planet sollte im Verhältnis zur Größe des Sterns groß genug sein, damit er für eine bestimmte Anzahl von Durchgängen viel Licht blockiert.
• Der Planet muss nahe genug am Mutterstern sein, um während des Beobachtungszeitraums mindestens zwei Durchgänge zu machen.

Obwohl Kepler terrestrische Planeten gefunden hat, erwiesen sich die meisten offenen Planeten als größer als die Erde und näher an ihrem Stern als die Erde - es ist nur so, dass solche Planeten am einfachsten zu finden sind.

Es ist eine große Versuchung, die Anzahl der Planeten basierend auf den gefundenen zu extrapolieren und zu berechnen, wie viele Planeten basierend auf der Anzahl der Sterne in der Galaxie sein sollten, aber wir haben einfach keine Daten dafür. Wir haben einen ganzen Berg von Planeten gemessen, und basierend auf dem Verhältnis von Entfernung und Umlaufzeit können wir mit Sicherheit sagen, dass das Verhältnis der Anzahl der Planeten zur Anzahl der Sterne mindestens 1000-mal höher ist als wir gesehen haben. Wir haben jedoch nicht genügend Daten für die Außengrenzen der Galaxie. Mit den uns zur Verfügung stehenden Methoden müssten wir jahrhundertelang forschen, um zu verstehen, welches Bild typisch ist. Aber es gibt noch eine andere Chance.


Das konzeptionelle Diagramm des LUVOIR- Weltraumteleskops, das sich am Lagrange-Punkt L2 befindet, wird den Hauptspiegel mit einem Durchmesser von 15,1 m erweitern und das Universum erkunden, um uns den unbeschreiblichen Wissensschatz in Astronomie und Wissenschaft im Allgemeinen zu vermitteln

30-Meter-Teleskope wie das Riesenmagellan-Teleskop und das europäische extrem große Teleskop sollten dank des von ihnen reflektierten Lichts möglicherweise die Außenwelten direkt sehen können, und die Traummaschine LUVOIR, ein Teleskop der 10-15-m-Klasse, kann uns großzügig Informationen über Planeten liefern, die mit Strom unmöglich sind Technologie. [ LUVOIR ist kein spezifisches Gerät, sondern lediglich eine Reihe von Anforderungen und Anforderungen an Teleskope der neuen Ebene. Ein Vertreter dieser Klasse ist beispielsweise das ATLAST- Projekt, das jedoch frühestens 2035 / ca. gestartet wird. perev. ]. Und bis wir bestimmte Daten darüber haben, was sich im Weltraum befindet, können wir nur Untergrenzen festlegen und Schätzungen vornehmen. Jetzt wird angenommen, dass es in unserer Galaxie Billionen von Planeten gibt - aber wir wollen es nicht wissen, sondern wissen. Mit mäßigem Glück, nicht sehr großen Investitionen und viel harter Arbeit können wir diese Frage in nur wenigen Jahrzehnten beantworten.

Ethan Siegel - Astrophysiker, Wissenschafts-Popularisierer, Autor von Starts With A Bang! Er schrieb die Bücher „Beyond the Galaxy“ ( Jenseits der Galaxie ) und „Tracknology: the science of Star Trek“ ( Treknology ).

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