Wie schwer ist es, Planet 9 zu finden?

Eine Zusammenarbeit mit Ella Alderson

Eine künstlerische Darstellung von Planet 9 als Eisriese.

Seit den frühen 90er Jahren hat die Menschheit eine erstaunliche Fähigkeit gezeigt, Planeten außerhalb unseres Sonnensystems zu identifizieren. Bis heute haben wir die Existenz von 3.946 solcher Welten bestätigt, die auf fast 3.000 verschiedene Planetensysteme verteilt sind. Mit verschiedenen Entdeckungsmethoden konnten wir die Radien und Massen vieler dieser Objekte genau bestimmen, von denen einige sogar eine bemerkenswerte Ähnlichkeit mit dem hellblauen Punkt aufweisen, den wir zu Hause nennen. Auf unserer Suche nach Exoplaneten haben wir erfahren, dass Planeten in der Galaxie an den Stränden der Erde häufiger vorkommen als Sandkörner. Mit dem Zusatz des Kepler-Weltraumteleskops zu unserem Arsenal für die Exoplanetenjagd schien es, als könne kein Planet, der in unserem kosmischen Hinterhof residiert, für lange Zeit vor der Menschheit verborgen bleiben.

Dann schlug eine Studie im Jahr 2016 die Existenz eines Planeten vor, der viel, viel näher zu Hause war. Basierend auf den höchst unwahrscheinlich ausgerichteten Umlaufbahnen mehrerer Kuiper Belt Objects (KBOs) vermuteten zwei Astronomen von Caltech einen neuen Planeten. nicht einer in unserem kosmischen Hinterhof, sondern einer direkt vor unserer Haustür. Das vorgeschlagene Objekt, das Planet 9 genannt wird, würde eine Masse benötigen, die etwa zehnmal so groß ist wie die der Erde, und eine hochelliptische Umlaufbahn würde die KBOs in die Flugbahnen führen, die wir heute beobachten. Da für einen solchen Planeten Tausende von Durchgängen erforderlich wären, um so viele KBOs in elliptische Bahnen zu befördern, wird die Hypothese aufgestellt, dass Planet 9, falls vorhanden, immer noch leise im Kuipergürtel lauert, weit hinter der Umlaufbahn des winzigen Pluto.

Ein Diagramm der Umlaufbahnen der ausgerichteten KBOs, die vorgeschlagene Umlaufbahn des Planeten 9 ist in orange dargestellt.

So spannend es auch ist, über die Existenz eines anderen großen Planeten in unserem eigenen Sonnensystem zu spekulieren, eine vielleicht klügere Frage, die zu beantworten ist: Warum haben wir Planet 9 noch nicht gefunden? Der letzte zu entdeckende Planet, Neptun, wurde vor fast zwei Jahrhunderten mit einem archaischen 4,3 Meter langen Refraktor-Teleskop entdeckt. eine Vergrößerung von nicht mehr als 20. Obwohl Neptun uns ein gutes Stück näher sein sollte als Planet 9, ergibt es dennoch einen ähnlichen Radius wie der neu vorgeschlagene Planet. 200 Jahre Fortschritt in Wissenschaft und Technologie würden es uns sicherlich ermöglichen, einen Planeten zu entdecken, der nur unwesentlich kleiner ist als Neptun, etwas weiter draußen im Sonnensystem. Was gibt es also?

Der Schwierigkeitsgrad bei der Entdeckung neuer Objekte des Sonnensystems lässt sich hauptsächlich auf vier Hauptfaktoren des Objekts zurückführen:

  1. Winkeldurchmesser - Wie groß das Objekt von der Erde erscheint
  2. Scheinbare Größe - Wie hell das Objekt von der Erde erscheint
  3. Relative Bewegung - Wie schnell sich das Objekt von der Erde zu bewegen scheint
  4. Umlaufbahnmerkmale - Wo das Objekt von der Erde aus am Himmel erscheint

In diesem Artikel werde ich anhand dieser Faktoren genau herausfinden, wie schwierig es wäre, Planet 9 mithilfe moderner Technologie zu erkennen, und darüber spekulieren, warum wir ihn nicht so leicht finden konnten wie andere Körper wie Neptun und Pluto. Daraus lässt sich ableiten, ob sich die Welt noch am Rande unseres Sonnensystems verstecken könnte oder ob ihre Existenz gänzlich ausgeschlossen werden kann. Schließlich wird dieser Artikel in Zusammenarbeit mit der außergewöhnlichen Medium Space-Autorin Ella Alderson verfasst, die ihren eigenen Artikel über die neuesten Aktualisierungen des aktuellen Status von Planet 9 in der Astronomie-Community vorbereitet hat. Ich ermutige Sie sehr, unseren Artikel zu lesen, den ich unten verlinken werde.

Wie schwer ist es also, Planet 9 zu finden?

1. Winkeldurchmesser

Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, einen Fußball auf der Erde von einem kommerziellen Jet in Reiseflughöhe aus zu entdecken. So groß erscheint Neptun am Himmel von der Erde. Neptun misst im Durchschnitt mehr als das 27-fache des Winkeldurchmessers von Pluto, was Pluto zum sprichwörtlichen Äquivalent einer Erbse im obigen Beispiel macht.

Wie groß jeder Planet im Durchschnitt von der Erde aus ist, mit einem Vergleich von Pluto zu Neptun auf der rechten Seite.

Um den Winkeldurchmesser von Planet 9 zu bestimmen, müssen wir einige verschiedene Möglichkeiten in Betracht ziehen. Erstens, obwohl die Masse von Planet 9 einigermaßen verlässlich geschätzt wurde, ist die Bestimmung des Radius der Welt etwas zweideutiger. Dies liegt daran, dass Planet 9 in eine Größenkategorie zwischen Erde und Neptun fällt, die als „Supererden“ bezeichnet wird. Wir wissen noch nicht genug über die Entwicklung dieser fremden Klasse von Exoplaneten, da es in unserem Sonnensystem kein solches Analogon gibt. Planet 9 könnte ein kompakter, steiniger Monsterplanet sein, oder es könnte sich um eine diffuse Gaswelt handeln, ähnlich einem Mini-Uranus oder Neptun. Aufgrund dieser Diskrepanz kann der geschätzte Radius zwischen dem 2- und 4-fachen des Erdradius schwanken. Eine bemerkenswerte Abweichung, wenn es darum geht, eine so ferne Welt wie Planet 9 zu entdecken.

Und das wirft die zweite Schwierigkeit auf, den Winkeldurchmesser von Planet 9 zu bestimmen. Entfernung. Die meisten Planeten kreisen in nahezu kreisförmigen Bahnen, deren Abstand von der Sonne im Laufe des Planetenjahres weitgehend unverändert ist. Es wird jedoch geschätzt, dass Planet 9 bis zu 1200 AE von der Sonne abweicht und dann nur noch 200 AE nach innen stürzt. Dies bedeutet, dass Planet 9 an seinem Perihel sechsmal größer erscheint als an seinem Aphel. Da wir weder wissen, wo sich Planet 9 in seiner Umlaufbahn befindet, noch wissen wir nicht, welchen Radius er hat, müssen wir alle Möglichkeiten berücksichtigen, um festzustellen, wie schwierig es für die Welt sein kann, mit moderner Technologie zu erkennen.

Seltsamerweise hat Planet 9 einen Winkeldurchmesser, der dem von Pluto sehr ähnlich ist. Optimistisch ist, dass die Welt mehr als den vierfachen Pluto-Durchmesser oder nur ein Drittel des Durchmessers hat. Es ist interessant festzustellen, dass die optimale Winkelauflösung des Hubble-Weltraumteleskops Planet 9 nur eine maximale Auflösung von wenigen Pixeln auf seiner CCD-Kamera ermöglichen würde. Die Welt könnte jedoch noch bestätigt werden, wenn sie hell genug ist ...

Fotos von Pluto vom Hubble (wie dieses hier) sind eine Zusammenstellung von vielen zehn, wenn nicht Hunderten von gestapelten Bildern, um eine Auflösung dieser Qualität zu erzielen. In Wirklichkeit erscheint Pluto auf Hubbles CCD nur mit einem Durchmesser von etwa 2,4 Pixel.

2. Scheinbare Größe

In der Astronomie ist Größe nicht alles. Wenn etwas hell genug scheint, auch wenn es zu klein ist, um aufgelöst zu werden, können wir sein Licht einfangen und etwas darüber bestimmen. Für Stars ist das einfach. Intensives Licht wird von den Oberflächen der Sterne ausgestrahlt und gelangt dann weitgehend ungestört zu unseren Augen oder Teleskopen, damit wir es beobachten können. Für Planeten ist der Prozess nicht so einfach. Das Licht, das den Wirtsstern eines Planeten verlässt, nimmt mit der Entfernung exponentiell ab, während sich das Licht durch den Raum ausbreitet. Bis dieses Licht einen weit entfernten Planeten erreicht, hat seine Intensität stark abgenommen. Die Atmosphäre des Planeten absorbiert dann einen Teil dieses Lichts, bevor der Rest wieder in den Weltraum reflektiert wird. Das Licht wird auf seiner Rückreise wieder exponentiell gedimmt, bevor es endlich unsere Augen und Teleskope erreichen kann.

Neptun hat eine scheinbare Größe, die vergleichbar ist mit dem Erkennen einer 60-Watt-Glühbirne auf dem Willis Tower in Chicago vom Empire State Building in New York (ohne Berücksichtigung des Geländes). Pluto ist 800-mal weniger leuchtend als dieses und verlagert die erwähnte 60-Watt-Glühbirne in die über 30.000 Kilometer entfernte Umlaufbahn von Geosynchronous. Wenn es um die Erkennung von Planet 9 geht, einem Objekt, das im Durchschnitt 18-mal weiter entfernt ist als Pluto, kann sich die scheinbare Größe als erhebliche Hürde erweisen.

Sogar wenn Planet 9 seinen größtmöglichen Radius während seines engsten Durchgangs zur Sonne aufweist, wäre er immer noch um ein Vielfaches dunkler als Pluto. Die ferne Welt würde im Durchschnitt weniger als 1 / 700stel von Plutos Helligkeit ausmachen, da seine pessimistischsten Eigenschaften ihm eine etwa 15.000-mal geringere Leuchtkraft verleihen als der kleine frühere Planet. Die Helligkeit dieses letzten Szenarios liegt nur geringfügig über der Grenzgröße des Hubble selbst und ist tatsächlich schwächer als 70% aller Sterne in der Milchstraßengalaxie von der Erde! Selbst wenn wir das Glück hätten, es in Hubbles Rahmen einzufangen, würde Planet 9 wahrscheinlich von einem helleren Stern im Hintergrund überstrahlt.

Es gibt jedoch eine andere Form von Licht, die Planeten aussenden können; nicht das von ihren oberflächen reflektierte licht, sondern das tief in den planeten selbst erzeugte licht. Gasriesen sind gewaltige Welten, deren Inneres durch enormen Gravitationsdruck zusammengedrückt wird. In Kombination mit der Dynamik der Gaswelten werden viele Riesenplaneten im infraroten Lichtspektrum hell emittiert. Die meisten Gas- und Eisriesen in unserem Sonnensystem sind im Infrarotspektrum ein paar Mal heller als im sichtbaren Spektrum, wodurch sie mit langwelligen Teleskopen leichter zu erkennen sind.

Jupiter im Infrarotlicht, vom Gemini Observatory.

Eine offensichtliche Ausnahme für diesen Trend ist Uranus. Aus noch unbekannten Gründen scheint Uranus fast keine innere Wärme zu zeigen. Möglicherweise ähnelt Planet 9 Uranus. In diesem Fall müssen wir uns auf sichtbares Licht verlassen, um es zu entdecken. Wenn es mehr wie die anderen 3 Gasplaneten in unserem Sonnensystem ist, könnte Planet 9 Infrarotwärme mit einer Rate erzeugen, die dem 500-fachen der durchschnittlichen Intensität entspricht, die er im sichtbaren Licht der Sonne empfängt. Wenn dies zutrifft, wäre es viel einfacher, Planet 9 zu erkennen.

3. Relative Bewegung

Das Beobachten entfernter Objekte des Sonnensystems ist eine mühsame Aufgabe. Es dauert 3,4 Minuten, bis der träge Pluto den relativen Abstand von 1 Pixel auf dem Hubble-CCD überschreitet. Damit die Wissenschaftler die Bewegung der winzigen Welt tatsächlich überprüfen können, hat Pluto die Entfernung seines Winkeldurchmessers zurückgelegt und sich dabei vollständig aus dem Weg geräumt. Da Pluto einen Durchmesser von etwa 2,4 Pixel hat, müssen zwei Fotos in einem Abstand von mehr als 8 Minuten aufgenommen werden, um zu bestätigen, dass Pluto tatsächlich ein mobiles Objekt des Sonnensystems ist. Stellen Sie sich das Beispiel vor, in dem Sie die Erbse vom Verkehrsflugzeug aus gesehen haben. Erst jetzt bewegt sich die Erbse ... mit einer Geschwindigkeit von 0,0000062 Metern pro Sekunde ... und Sie müssen sehen, wie sie sich bewegt.

Obwohl Planet 9 eine ähnliche Winkelgröße wie Pluto hat, würde er sich viel langsamer am Himmel bewegen. Am Perihel (dem schnellsten Punkt in seiner Umlaufbahn) würde Planet 9 noch einige Stunden brauchen, um sich von seiner eigenen Silhouette zu lösen und seine Bewegung zu erkennen. Bei aphelion kann dieses Phänomen mehr als einen Tag dauern!

4. Eigenschaften der Umlaufbahn

Eine letzte Schwierigkeit, Planet 9 zu finden, wären seine atypischen Umlaufbahnmerkmale. Pluto wurde vielleicht zufällig gefunden, aber seine Entdeckung war nicht ganz zufällig. Bei der Suche nach neuen Objekten des Sonnensystems beobachten Wissenschaftler in der Regel in der Nähe der Orbitalebene des Sonnensystems, da die meisten Objekte, die die Sonne umkreisen, dies nur innerhalb einiger Grad von dieser Ebene tun. Zum Zeitpunkt seiner Entdeckung befand sich Pluto fast genau in diesem Flugzeug. ein Phänomen, das nur ungefähr einmal pro Jahrhundert auftritt. Planet 9, der ebenfalls eine Neigung hoch über der Ebene des Sonnensystems haben würde, könnte eine Umlaufzeit von mehr als 18.000 Jahren haben! Dies gibt ihm eine winzige Wahrscheinlichkeit, sich heute der Ekliptik zu nähern, und schließt wahrscheinlich eine zufällige Entdeckung aus.

Die Umlaufbahn der Planeten. Beachten Sie Plutos Nähe zur Orbitalebene im Jahr 1931; nur 1 Jahr nach seiner Entdeckung.

Fazit

Leider ist es in jeder Hinsicht streng, entfernte Objekte des Sonnensystems zu entdecken, und Planet 9 wäre keine Ausnahme. Aufgrund dieser Zahlen ist es durchaus möglich, dass wir die Riesenwelt noch nicht entdeckt haben, nur weil wir nicht an den richtigen Stellen gesucht haben, nicht in den richtigen Wellenlängen gesucht haben oder dass wir sie gesucht und übersehen haben völlig. Wenn unsere Beobachtungstechnologie wächst und sich weiterentwickelt, werden wir irgendwann einen Punkt erreichen, an dem die Existenz von Planet 9 nicht länger zweideutig bleiben kann. In diesem Moment werden wir entweder den längst verlorenen neunten Planeten unseres Sonnensystems entdecken oder unsere Teleskope auf der Suche nach dem nächsten großen Geheimnis auf eine andere Stelle richten.

Wie versprochen, ist hier ein Link zu Ellas Artikel! Ich fordere Sie dringend auf, es zu überprüfen und danke für das Lesen!