Pergunte a Ethan: quantos planetas o telescópio Kepler viu?

Imagem do telescópio Kepler

Quantos planetas existem em nossa galáxia? Há 30 anos, a resposta para essa pergunta estava no reino da pura conjectura, porque ainda não havíamos encontrado um único planeta fora do sistema solar. Se você retroceder hoje, descobrimos que já encontramos milhares desses planetas diretamente - e a maioria deles é descoberta pela missão Kepler da NASA . Mas, apesar de todos os sucessos de Kepler e de todas essas novas descobertas, os planetas mais interessantes que ele perdeu permanecem. Quantos existem? Nosso leitor Rudy Siegel (não um parente) quer saber:

Como o Kepler usa o método de trânsito para detectar exoplanetas , quantos pulamos devido à incompatibilidade dos planos eclípticos?

A resposta consiste em duas partes: perdemos 99% desses planetas, mas o motivo da falta de muitos deles não está de forma alguma relacionado ao alinhamento da eclíptica.


Variedades de planetas descobertos de Kepler. Planetas gravitam em direção a um tamanho grande e perto de uma estrela

O telescópio Kepler trabalhou no princípio de observar uma pequena porção de nossa galáxia diariamente por três anos, até o prazo final para a missão preliminar. Ele olhou para uma das seções de um braço em espiral e, apesar do campo de visão estreito, observou imediatamente 150.000 estrelas, acompanhando pequenas mudanças periódicas em seu brilho. Especificamente, se a estrela se tornasse um pouco mais fraca por um curto período de tempo e depois retornasse ao seu brilho original, após o qual esse ciclo se repetia após algum tempo, esse evento foi anotado como candidato ao planeta.


À esquerda está o trânsito principal, à direita está a descoberta do exoplaneta KOI-64

Este método é conhecido como o método de trânsito para a descoberta de exoplanetas. A orientação dos sistemas solares em relação aos nossos pode ser qualquer, mas às vezes encontramos um em que um planeta se movendo em torno de uma estrela que está na linha de visão direta do nosso ponto de vista cruza essa linha. Mas uma diminuição temporária no brilho pode causar outros fenômenos:

• Um asteróide voador do cinturão de Kuiper dentro de nosso sistema solar;
• Planeta órfão nas profundezas do espaço interestelar;
• Um sistema de estrela dupla no qual um deles cobre o outro;
• A variabilidade interna da luminosidade da própria estrela - por exemplo, um grande ponto escuro e frio.

Em 2006, Mercúrio passou pelo Sol, mas um grande ponto no disco solar reduziu muito mais sua luminosidade.

Mas se essa falha na luminosidade da mesma magnitude é repetida novamente, e ainda mais várias vezes, torna-se um excelente candidato para observação subsequente usando outro método. Cerca de metade dos candidatos planetários identificados por Kepler até agora se tornaram planetas reais - e já existem vários milhares deles. Para o campo de visão de Kepler, isso não é tanto para 150.000 estrelas estudadas. E a intuição do leitor estava certa - a coincidência da eclíptica realmente afeta muito isso.


Havia cerca de 150.000 estrelas no campo de visão de Kepler, mas apenas alguns milhares foram registrados. Em teoria, quase todas essas estrelas deveriam ter planetas.

As estrelas podem ser corpos bastante grandes - mesmo os menores deles excedem 100.000 km de diâmetro, mas as distâncias dos planetas são enormes, de milhões a bilhões de quilômetros ao longo do principal semi-eixo. Em nosso sistema solar, o planeta mais próximo do Sol é o Mercúrio, que muitas vezes viaja através do disco do Sol. Mas isso é apenas porque todos os planetas do sistema solar estão aproximadamente no mesmo plano! Se estivéssemos fora do sistema solar, estaríamos em uma orientação aleatória em relação ao plano da eclíptica, e apenas com uma pequena fração das direções poderíamos ver a passagem de Mercúrio.


Planetas / intervalo de graus / chance de uma coincidência bem sucedida de planos.
De um lugar aleatório no espaço, dado o tamanho relativo e a distância orbital de cada planeta, em comparação com o Sol, você pode calcular as chances de ver a passagem. Quanto mais longe do sol, menor a chance. Ao calcular a tabela, o tempo e as dimensões não foram levados em consideração.

Podemos calcular essa fração para cada planeta a partir do sistema solar e descobrir que, quanto mais próximos estamos da estrela, maiores são nossas chances. Mesmo Mercúrio tem menos de 1% de chance de se encontrar no mesmo plano que o observador, e quando você se mudar para a órbita de Júpiter, as chances serão de 1 em 2000. Obviamente, Kepler sente falta da maioria dos planetas, e a orientação da passagem tem um grande papel aqui.

Mas existem outros fatores, cuja importância pode ser ainda maior.


O Kepler foi projetado para observar passagens planetárias, mas mesmo um grande planeta se movendo ao redor de uma estrela pode bloquear apenas uma pequena fração de sua luz, reduzindo seu brilho em não mais de 1%. Quanto menor o planeta em relação à sua estrela-mãe, mais passes você precisa capturar para obter um sinal confiável.

O tamanho também desempenha um grande papel - o tamanho de um planeta que passa em relação à sua estrela-mãe. Se o exoplaneta cobrir 1% da superfície da estrela-mãe durante a passagem, o Kepler o verá facilmente. Se cobrir 0,1% da superfície, ele precisará percorrer a órbita 10 vezes para acumular um sinal com confiabilidade comparável. 100% dos planetas do tamanho de Mercúrio são pequenos demais para serem visíveis ao lado das estrelas parecidas com o sol. O mesmo vale para planetas do tamanho de Marte. A maneira mais fácil de ver os maiores planetas em órbita em torno das estrelas mais pequenas é precisamente o que Kepler descobriu.


O número de planetas descobertos por Kepler, classificados por tamanho, em maio de 2016, quando os cientistas divulgaram a maior lista de planetas. Na maioria das vezes, são encontrados planetas como a super-Terra ou o mini-Netuno, e apenas uma pequena fração dos planetas é maior que a Terra.

Finalmente, há uma questão de tempo. A missão de Kepler durou três anos, para que ela pudesse detectar várias passagens daqueles planetas que fizeram uma revolução completa, com muito mais frequência. Todos os gigantes de gás em nosso sistema solar, apesar de seu tamanho, permaneceriam invisíveis para Kepler! Se juntarmos tudo, veremos vários parâmetros básicos que devem convergir para que o Kepler descubra o planeta:

• A orientação do sistema planetário deve ser boa o suficiente para o mundo observado passar através do disco de sua estrela do nosso ponto de vista.
• O planeta deve ser grande o suficiente em relação ao tamanho da estrela, de modo que bloqueie muita luz para um determinado número de passes.
• O planeta deve estar próximo o suficiente da estrela-mãe para fazer pelo menos duas passagens durante o período de observação.

Embora Kepler tenha encontrado planetas terrestres, a maioria dos planetas abertos era maior que a Terra e localizada mais perto de sua estrela do que a Terra - é apenas que esses planetas são mais fáceis de encontrar.

Há uma grande tentação de extrapolar o número de planetas dos encontrados e calcular quantos planetas devem ser baseados no número de estrelas na galáxia, mas simplesmente não temos dados para isso. Medimos uma montanha inteira de planetas e, com base na relação de distância e período orbital, podemos dizer com confiança que a razão entre o número de planetas e o número de estrelas é pelo menos 1000 vezes mais do que vimos. Mas não temos dados suficientes para as fronteiras externas da galáxia. Usando os métodos disponíveis, teríamos que realizar pesquisas por centenas de anos para entender qual quadro é típico. Mas há outra chance.


O diagrama conceitual do telescópio espacial LUVOIR , que será localizado no ponto Lagrange L2, expandirá o espelho principal com um diâmetro de 15,1 me começará a explorar o Universo, transferindo para nós a riqueza indizível do conhecimento em astronomia e ciência em geral.

Telescópios de 30 metros como o Telescópio Gigante de Magalhães e o telescópio extremamente grande da Europa devem poder ver os mundos externos diretamente, graças à luz refletida por eles, e a máquina dos sonhos, LUVOIR, um telescópio da classe de 10 a 15 m, pode nos fornecer generosamente informações sobre planetas que são impossíveis com a corrente tecnologia. [O LUVOIR não é um dispositivo específico, mas simplesmente um conjunto de requisitos e solicitações para telescópios de novo nível. Um representante desta classe é, por exemplo, o projeto ATLAST , mas será lançado não antes de 2035 / aprox. perev. ] E até termos certos dados sobre o que está no espaço, só podemos impor limites mais baixos e fazer estimativas. Agora acredita-se que em nossa galáxia há trilhões de planetas - mas queremos não saber, mas saber. Com sorte moderada, pouco investimento e muito trabalho, podemos obter uma resposta para essa pergunta em apenas algumas décadas.

Ethan Siegel - astrofísico, popularizador da ciência, autor de Starts With A Bang! Ele escreveu os livros "Beyond the Galaxy" [ Beyond The Galaxy ] e "Tracknology: the science of Star Trek" [ Treknology ].

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