Tanyakan Ethan: berapa banyak planet yang dilihat teleskop Kepler?

Gambar teleskop Kepler

Berapa banyak planet yang ada di galaksi kita? 30 tahun yang lalu, jawaban atas pertanyaan semacam itu terletak pada ranah dugaan murni, karena pada saat itu kami belum menemukan satu pun planet di luar tata surya. Jika Anda memundurkannya hari ini, ternyata kita telah menemukan ribuan planet seperti itu secara langsung - dan kebanyakan dari mereka ditemukan oleh misi NASA Kepler . Namun terlepas dari semua keberhasilan Kepler dan semua penemuan baru ini, planet paling menarik yang ia lewatkan tetap ada. Ada berapa banyak? Pembaca kami Rudy Siegel (bukan kerabat) ingin tahu:

Karena Kepler menggunakan metode transit untuk mendeteksi exoplanet , berapa banyak dari mereka yang kita lewatkan karena ketidakcocokan pesawat ekliptika?

Jawabannya terdiri dari dua bagian: kami melewatkan 99% planet seperti itu, tetapi alasan untuk kehilangan sebagian besar dari mereka tidak ada hubungannya dengan penyelarasan ekliptika.


Varietas planet Kepler yang ditemukan. Planet condong ke arah ukuran besar dan dekat dengan bintang

Teleskop Kepler bekerja berdasarkan prinsip mengamati sebagian kecil dari Galaksi kita setiap hari selama tiga tahun, hingga batas waktu untuk misi pendahuluan. Dia melihat salah satu bagian dari satu lengan spiral, dan, meskipun memiliki bidang pandang yang sempit, dia segera menonton 150.000 bintang, melacak perubahan periodik kecil dalam kecerahannya. Khususnya, jika bintang menjadi sedikit redup untuk periode waktu yang singkat, dan kemudian kembali ke kecerahan aslinya, setelah siklus seperti itu berulang setelah beberapa waktu, peristiwa ini dicatat sebagai kandidat untuk planet ini.


Di sebelah kiri adalah transit utama, di sebelah kanan adalah penemuan exoplanet KOI-64

Metode ini dikenal sebagai metode transit untuk penemuan planet ekstrasurya. Orientasi tata surya relatif terhadap kita, tetapi kadang-kadang kita menemukan satu di mana sebuah planet bergerak di sekitar bintang yang berhadapan langsung dari sudut pandang kita memotong garis ini. Tetapi penurunan kecerahan sementara dapat menyebabkan fenomena lain:

• Asteroid terbang dari sabuk Kuiper di dalam tata surya kita;
• Planet yatim di kedalaman ruang antarbintang;
• Sistem bintang ganda di mana salah satunya mencakup yang lain;
• Variabilitas internal luminositas bintang itu sendiri - misalnya, titik gelap dingin yang besar.

Pada tahun 2006, Merkurius melewati Matahari, tetapi sebuah titik besar pada piringan Matahari jauh lebih mengurangi luminositasnya.

Tetapi jika kegagalan luminositas dengan besaran yang sama ini diulangi lagi, dan bahkan lebih dari beberapa kali, itu menjadi kandidat yang sangat baik untuk pengamatan selanjutnya menggunakan metode lain. Sekitar setengah dari kandidat planet yang diidentifikasi oleh Kepler sejauh ini ternyata adalah planet nyata - dan sudah ada beberapa ribu di antaranya. Untuk bidang pandang Kepler, ini tidak terlalu banyak untuk 150.000 bintang yang diteliti. Dan intuisi pembaca benar - kebetulan ekliptika sangat mempengaruhi ini.


Ada sekitar 150.000 bintang di bidang visi Kepler, tetapi hanya beberapa ribu yang direkam. Secara teori, hampir semua bintang ini seharusnya memiliki planet.

Bintang-bintang dapat berupa benda yang cukup besar - bahkan yang terkecil darinya berdiameter 100.000 km, tetapi jarak ke planet mereka sangat besar, dari jutaan hingga miliaran kilometer di sepanjang semi-sumbu utama. Di tata surya kita, planet terdekat dengan Matahari adalah Merkurius, yang cukup sering melakukan perjalanan melalui cakram Matahari. Tapi ini hanya karena semua planet di tata surya kira-kira berada di bidang yang sama! Jika kita berada di luar tata surya, kita akan berada dalam orientasi acak sehubungan dengan bidang ekliptika, dan hanya dengan sebagian kecil dari arah kita dapat melihat jalur Merkurius.


Planet / rentang derajat / peluang suksesnya kebetulan pesawat.
Dari tempat acak di ruang angkasa, mengingat ukuran relatif dan jarak orbit ke masing-masing planet, dibandingkan dengan Matahari, Anda dapat menghitung peluang melihat bagian itu. Semakin jauh dari Matahari, semakin sedikit peluang. Saat menghitung tabel, waktu dan dimensi tidak diperhitungkan.

Kita dapat menghitung fraksi ini untuk setiap planet dari tata surya, dan menemukan bahwa semakin dekat kita dengan bintang, semakin besar peluang kita. Bahkan Merkurius memiliki peluang kurang dari 1% untuk berada di pesawat yang sama sebagai pengamat, dan pada saat Anda pindah ke orbit Jupiter, kemungkinannya adalah 1 pada tahun 2000. Jelas, Kepler kehilangan sebagian besar planet, dan orientasi lorong memainkan peran besar di sini.

Tetapi ada faktor-faktor lain, yang kepentingannya mungkin bahkan lebih besar.


Kepler dirancang untuk mengamati bagian-bagian planet, tetapi bahkan sebuah planet besar yang bergerak di sekitar bintang hanya dapat menghalangi sebagian kecil cahayanya, mengurangi kecerahannya tidak lebih dari 1%. Semakin kecil planet relatif terhadap bintang induknya, semakin banyak lintasan yang perlu Anda tangkap untuk mendapatkan sinyal yang andal.

Ukuran juga memainkan peran besar - ukuran planet yang lewat dalam kaitannya dengan bintang induknya. Jika planet ekstrasurya menutupi 1% dari permukaan bintang induk selama perjalanan, Kepler akan dengan mudah melihatnya. Jika itu mencakup 0,1% dari permukaan, ia harus melewati orbit 10 kali untuk mengumpulkan sinyal dengan keandalan yang sebanding. 100% dari planet-planet ukuran Merkurius terlalu kecil untuk terlihat di sebelah bintang seperti matahari. Hal yang sama berlaku untuk planet seukuran Mars. Cara termudah untuk melihat planet terbesar di orbit di sekitar bintang-bintang terkecil adalah apa yang ditemukan Kepler.


Jumlah planet yang ditemukan oleh Kepler, diurutkan berdasarkan ukuran, pada Mei 2016, ketika para ilmuwan merilis daftar planet terbesar. Paling sering, planet-planet seperti super-Bumi atau mini-Neptunus ditemukan, dan hanya sebagian kecil dari planet-planet yang lebih besar dari Bumi.

Akhirnya, ada masalah waktu. Misi Kepler berlangsung selama tiga tahun, sehingga ia dapat mendeteksi beberapa bagian dari planet-planet yang membuat revolusi penuh, jauh lebih sering. Semua raksasa gas di tata surya kita, terlepas dari ukurannya, akan tetap tidak terlihat oleh Kepler! Jika kita menyatukan semuanya, kita akan melihat beberapa parameter dasar yang harus menyatu agar Kepler dapat menemukan planet ini:

• Orientasi sistem planet harus cukup baik bagi dunia yang diamati untuk melewati piringan bintangnya dari sudut pandang kita.
• Planet ini harus cukup besar relatif terhadap ukuran bintang, sehingga menghalangi banyak cahaya untuk sejumlah lintasan.
• Planet ini harus cukup dekat dengan bintang induknya untuk membuat setidaknya dua lintasan selama periode pengamatan.

Meskipun Kepler menemukan planet terestrial, sebagian besar planet terbuka ternyata lebih besar dari Bumi dan terletak lebih dekat dengan bintang mereka daripada Bumi - hanya saja planet seperti itu paling mudah ditemukan.

Ada godaan besar untuk memperkirakan jumlah planet-planet dari yang ditemukan dan menghitung berapa banyak planet yang harus didasarkan pada jumlah bintang di galaksi, tetapi kita tidak punya data untuk ini. Kami mengukur seluruh gunung planet, dan berdasarkan hubungan jarak dan periode orbit, kami dapat dengan yakin mengatakan bahwa rasio jumlah planet dengan jumlah bintang setidaknya 1000 kali lebih banyak dari yang kita lihat. Tetapi kami tidak memiliki data yang cukup untuk batas terluar Galaxy. Dengan menggunakan metode yang tersedia bagi kita, kita harus melakukan penelitian selama ratusan tahun untuk memahami gambaran mana yang khas. Tapi ada peluang lain.


Diagram konseptual teleskop ruang angkasa LUVOIR , yang akan berlokasi di titik Lagrange L2, akan memperluas cermin utama dengan diameter 15,1 m dan mulai menjelajahi Alam Semesta, mentransfer kepada kita kekayaan pengetahuan yang tak terkatakan dalam astronomi dan sains secara umum

Teleskop 30 meter seperti Giant Magellanic Telescope dan teleskop Eropa yang sangat besar berpotensi dapat melihat dunia luar secara langsung, berkat cahaya yang dipantulkan oleh mereka, dan mesin mimpi, LUVOIR, teleskop kelas 10-15 m, dapat dengan murah hati memberi kita informasi tentang planet yang tidak mungkin dengan arus. teknologi. [ LUVOIR bukan perangkat khusus, tetapi hanya serangkaian persyaratan dan permintaan untuk teleskop tingkat baru. Perwakilan dari kelas ini adalah, misalnya, proyek ATLAST , tetapi akan diluncurkan tidak lebih awal dari 2035 / sekitar. perev. ] Dan sampai kita memiliki data tertentu tentang apa yang ada di luar angkasa, kita hanya bisa memaksakan batas bawah dan membuat perkiraan. Sekarang diyakini bahwa di galaksi kita ada triliunan planet - tetapi kita tidak ingin tahu, tetapi untuk tahu. Dengan keberuntungan sedang, investasi yang tidak terlalu besar, dan kerja keras, kita bisa mendapatkan jawaban untuk pertanyaan ini hanya dalam beberapa dekade.

Ethan Siegel - astrofisika, sains popularizer, penulis buku Starts With A Bang! Dia menulis buku-buku "Beyond the Galaxy" [ Beyond The Galaxy ], dan "Tracknology: the science of Star Trek" [ Treknology ].

FAQ: jika Semesta berkembang, mengapa kita tidak berkembang ; mengapa usia alam semesta tidak sesuai dengan jari-jari bagian yang diamati