Pregúntele a Ethan: ¿cuántos planetas vio el telescopio Kepler?

Imagen del telescopio Kepler

¿Cuántos planetas hay en nuestra galaxia? Hace 30 años, la respuesta a esa pregunta se encontraba en el ámbito de la especulación pura, desde entonces aún no habíamos encontrado un solo planeta fuera del sistema solar. Si rebobina hoy, resulta que ya hemos encontrado miles de tales planetas directamente, y la mayoría de ellos fueron descubiertos por la misión Kepler de la NASA . Pero a pesar de todos los éxitos de Kepler y todos estos nuevos descubrimientos, los planetas más interesantes que echó de menos permanecen. Cuantos hay? Nuestro lector Rudy Siegel (no pariente) quiere saber:

Dado que Kepler usa el método de tránsito para detectar exoplanetas , ¿cuántos de ellos omitimos debido a la falta de coincidencia de los planos eclípticos?

La respuesta consta de dos partes: nos perdimos el 99% de esos planetas, pero la razón por la que nos perdimos la mayoría de ellos no está relacionada de ninguna manera con la alineación de la eclíptica.


Variedades de los planetas descubiertos de Kepler. Los planetas gravitan hacia un gran tamaño y cerca de una estrella

El telescopio Kepler funcionó según el principio de observar una pequeña porción de nuestra galaxia diariamente durante tres años, hasta la fecha límite para la misión preliminar. Miró una de las secciones de un brazo en espiral y, a pesar del campo de visión estrecho, observó de inmediato 150,000 estrellas, rastreando pequeños cambios periódicos en su brillo. Específicamente, si la estrella se desvaneció un poco durante un corto período de tiempo, y luego volvió a su brillo original, después de lo cual dicho ciclo se repitió después de algún tiempo, este evento se observó como un candidato para el planeta.


A la izquierda está el tránsito principal, a la derecha está el descubrimiento del exoplaneta KOI-64.

Este método se conoce como el método de tránsito para el descubrimiento de exoplanetas. La orientación de los sistemas solares en relación con los nuestros puede ser cualquiera, pero a veces encontramos uno en el que un planeta que se mueve alrededor de una estrella que está en línea directa desde nuestro punto de vista cruza esta línea. Pero una disminución temporal del brillo puede causar otros fenómenos:

• Un asteroide volador del cinturón de Kuiper dentro de nuestro sistema solar;
• Planeta huérfano en las profundidades del espacio interestelar;
• Un sistema de doble estrella en el que uno de ellos cubre al otro;
• La variabilidad interna de la luminosidad de la estrella misma, por ejemplo, una gran mancha fría y oscura.

En 2006, Mercurio pasó a través del Sol, pero una gran mancha en el disco del Sol redujo mucho más su luminosidad.

Pero si esta falla en la luminosidad de la misma magnitud se repite nuevamente, y aún más varias veces, se convierte en un excelente candidato para la observación posterior utilizando otro método. Alrededor de la mitad de los candidatos planetarios identificados por Kepler hasta ahora han resultado ser planetas reales, y ya hay varios miles de ellos. Para el campo de visión de Kepler, esto no es tanto para 150,000 estrellas estudiadas. Y la intuición del lector era correcta: la coincidencia de la eclíptica realmente afecta mucho esto.


Había alrededor de 150,000 estrellas en el campo de visión de Kepler, pero solo se registraron unos pocos miles. En teoría, casi todas estas estrellas deberían tener planetas.

Las estrellas pueden ser cuerpos bastante grandes, incluso las más pequeñas superan los 100.000 km de diámetro, pero las distancias a sus planetas son enormes, desde millones hasta miles de millones de kilómetros a lo largo del semieje principal. En nuestro sistema solar, el planeta más cercano al Sol es Mercurio, que a menudo viaja a través del disco del Sol. ¡Pero esto es solo porque todos los planetas del sistema solar están aproximadamente en el mismo plano! Si estuviéramos fuera del sistema solar, estaríamos en una orientación aleatoria con respecto al plano de la eclíptica, y solo con una pequeña fracción de las direcciones podríamos ver el paso de Mercurio.


Planetas / rango de grados / posibilidad de una coincidencia exitosa de planos.
Desde un lugar aleatorio en el espacio, dado el tamaño relativo y la distancia orbital a cada planeta, en comparación con el Sol, puede calcular las posibilidades de ver el pasaje. Cuanto más lejos del Sol, menos posibilidades hay. Al calcular la tabla, el tiempo y las dimensiones no se tuvieron en cuenta.

Podemos calcular esta fracción para cada planeta del sistema solar, y descubrir que cuanto más cerca estemos de la estrella, mayores serán nuestras posibilidades. Incluso Mercurio tiene menos del 1% de posibilidades de encontrarse en el mismo plano con el observador, y para cuando se mueva a la órbita de Júpiter, las probabilidades serán de 1 en 2000. Obviamente, Kepler pierde la mayoría de los planetas, y la orientación del pasaje juega un papel importante aquí.

Pero hay otros factores, cuya importancia puede ser aún mayor.


Kepler fue diseñado para observar pasajes planetarios, pero incluso un gran planeta que se mueve alrededor de una estrella puede bloquear solo una pequeña fracción de su luz, reduciendo su brillo en no más del 1%. Cuanto más pequeño es el planeta en relación con su estrella madre, más pases necesita atrapar para obtener una señal confiable.

El tamaño también juega un papel importante: el tamaño de un planeta que pasa en relación con su estrella madre. Si el exoplaneta cubre el 1% de la superficie de la estrella madre durante el paso, Kepler lo verá fácilmente. Si cubre el 0.1% de la superficie, deberá atravesar la órbita 10 veces para acumular una señal con una fiabilidad comparable. El 100% de los planetas del tamaño de Mercurio son demasiado pequeños para ser visibles junto a las estrellas similares al sol. Lo mismo es cierto para los planetas del tamaño de Marte. La forma más fácil de ver los planetas más grandes en órbita alrededor de las estrellas más pequeñas es precisamente lo que descubrió Kepler.


El número de planetas descubiertos por Kepler, ordenados por tamaño, a partir de mayo de 2016, cuando los científicos lanzaron la lista más grande de planetas. Con mayor frecuencia, se encuentran planetas como la súper Tierra o la mini Neptuno, y solo una pequeña fracción de los planetas es más grande que la Tierra.

Finalmente, hay una cuestión de tiempo. La misión de Kepler duró tres años, por lo que pudo detectar varios pasajes de esos planetas que hicieron una revolución completa, mucho más a menudo. ¡Todos los gigantes gaseosos en nuestro sistema solar, a pesar de su tamaño, permanecerían invisibles para Kepler! Si lo juntamos todo, veremos varios parámetros básicos que deben converger para que Kepler descubra el planeta:

• La orientación del sistema planetario debe ser lo suficientemente buena para que el mundo observado pase a través del disco de su estrella desde nuestro punto de vista.
• El planeta debe ser lo suficientemente grande en relación con el tamaño de la estrella, de modo que bloquee mucha luz para un número determinado de pases.
• El planeta debe estar lo suficientemente cerca de la estrella madre para hacer al menos dos pases durante el período de observación.

Aunque Kepler encontró planetas terrestres, la mayoría de los planetas abiertos resultaron ser más grandes que la Tierra y ubicados más cerca de su estrella que la Tierra; es solo que esos planetas son más fáciles de encontrar.

Existe una gran tentación de extrapolar el número de planetas de los encontrados y calcular cuántos planetas deberían basarse en el número de estrellas en la galaxia, pero simplemente no tenemos datos para esto. Medimos una montaña completa de planetas y, en función de la relación de distancia y período orbital, podemos decir con confianza que la relación entre el número de planetas y el número de estrellas es al menos 1000 veces mayor de lo que vimos. Pero no tenemos suficientes datos para los bordes exteriores de la galaxia. Usando los métodos disponibles para nosotros, tendríamos que realizar investigaciones durante cientos de años para comprender qué imagen es típica. Pero hay otra oportunidad.


El diagrama conceptual del telescopio espacial LUVOIR , que se ubicará en el punto L2 de Lagrange, expandirá el espejo principal con un diámetro de 15.1 my comenzará a explorar el Universo, transfiriéndonos la riqueza indescriptible de conocimiento en astronomía y ciencia en general.

Los telescopios de 30 metros como el Telescopio gigante de Magallanes y el telescopio extremadamente grande europeo deberían poder ver directamente los mundos externos, gracias a la luz reflejada por ellos, y la máquina ideal, LUVOIR, un telescopio de la clase de 10-15 m, puede suministrarnos generosamente información sobre planetas que son imposibles con la corriente. tecnología [ LUVOIR no es un dispositivo específico, sino simplemente un conjunto de requisitos y solicitudes de telescopios de nuevo nivel. Un representante de esta clase es, por ejemplo, el proyecto ATLAST , pero se lanzará no antes de 2035 / aprox. perev. ] Y hasta que tengamos ciertos datos sobre lo que hay en el espacio, solo podemos imponer límites más bajos y hacer estimaciones. Ahora se cree que en nuestra galaxia hay billones de planetas, pero queremos no saber, sino saber. Con suerte moderada, inversiones no muy grandes y mucho trabajo duro, podemos obtener una respuesta a esta pregunta en solo unas pocas décadas.

Ethan Siegel - astrofísico, divulgador científico, autor de ¡Comienza con un golpe! Escribió los libros "Más allá de la galaxia" [ Más allá de la galaxia ] y "Tracknología: la ciencia de Star Trek" [ Treknology ].

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