Солнечная система издалека

[vika vorobyeva]

Давно хотела завести эту тему, но все руки не доходили.

К сожалению, многие посетители форума крайне туманно представляют себе работу экзопланетных астрономов и реальные возможности современных методов и инструментов. Отсюда возникают требования немедленно представить вторую Землю или вторую Солнечную систему (а раз они не открыты, то их типа не существует). В этой теме я предлагаю рассмотреть, как будет выглядеть наша Солнечная система при наблюдениях современными средствами с разных расстояний, и какими методами какие планеты возможно открыть. Исторический взгляд на этот вопрос тоже приветствуется.

Начну с метода измерения лучевых скоростей.
Итак, Солнце - сравнительно хромосферно тихий одиночный G-карлик среднего возраста. Его абсолютная звездная величина (грубо) +4.8, звездой именно такой звездной величины оно будет выглядеть с расстояния 10 пк. На расстоянии 100 пк видимая звездная величина Солнца увеличится до +9.8, на расстоянии 1000 пк - до +14.8 (в пренебрежении межзвездным поглощением света, которым на расстояниях ~1 кпк пренебрегать уже нельзя).
Юпитер наводит на Солнце колебания лучевой скорости с амплитудой ~13 м/сек с периодом 11.9 лет, Сатурн ~3 м/сек с периодом 29.4 лет. Все внутренние планеты (Меркурий, Венера, Земля и Марс) наводят лучевую скорость меньше 10 см/сек. Замечу, что эти амплитуды лучевой скорости будут достигнуты только при удачном расположении внеземного наблюдателя примерно в плоскости эклиптики, в противном случае их надо умножать на величину sin i, где i - наклонение плоскости эклиптики относительно наблюдателя.
Лучшие современные спектрографы измеряют лучевую скорость звезд с точностью ~1 м/сек (в некоторых наиболее удачных случаях очень спокойных К-звезд - 0.6-0.8 м/сек).
Отсюда немедленно следует, что:
- планеты земной группы в Солнечной системе RV-методом обнаружить невозможно,
- наблюдательная программа, рассчитанная на 10 лет и достигшая точности 1 м/сек, Юпитер, скорее всего, обнаружит, но его видимый эксцентриситет орбиты окажется завышенным из-за влияния Сатурна, которое за 10 лет наблюдений отделить не удастся,
- потребуется как минимум 30 лет наблюдений с точностью 1 м/сек, чтобы разделить влияние Юпитера и Сатурна на лучевую скорость Солнца и убедиться, что вокруг Солнца вращается не один гигант на эллиптической орбите, а два гиганта на почти круговых орбитах.
Для обнаружения RV-методом Урана и Нептуна требуются наблюдательные программы продолжительностью более 100 лет (чего мы сейчас явно не имеем).
Вывод - "с точки зрения метода лучевых скоростей" в Солнечной системе есть две планеты-гиганта. Причем для аккуратного разделения их влияния на Солнце требуются наблюдательные программы продолжительностью не менее 30 лет. Для более коротких программ в Солнечной системе есть всего одна планета-гигант на широкой слегка эллиптической орбите.

Продолжение следует.

[Foma]

Да, астрометрия сама по себе ничего не сможет сказать о многопланетной системе, нужны еще и RV-замеры. Вот например классическая картинка блужданий барицентра СС за 50 лет.

Большую часть времени величина амплитуды колебаний обусловлена в основном вкладом от Юпитера, но в периоды противостояния Юпитера с Сатурном амплитуда увеличивается примерно вдвое. В зависимости от того, в какой из этих периодов попадут астрометрические наблюдения, можно получить 2 совершенно разных решения - "почти правильный Юпитер" и "совсем неправильный Юпитер". Поэтому Гайи доверия нет

[Fernando]

Интересно читать тему. Как интересно JWST видел бы нашу Систему ?

[vsf]

Как интересно JWST видел бы нашу Систему ?

Только Юпитер и Сатурн заметил бы в нескольких десятках парсек.

http://www.stsci.edu/jwst/science/gardner-mather-etal.pdf

JWST will have the coronagraphic sensitivity to detect a Jupiter analog around a Solar-type star out to ∼30 pc.

[vika vorobyeva]

Насчет обнаружения двойников Земли, уже Вика подробно расписала, что это пустышка.

Если Вы внимательно прочитали всю эту тему, то, конечно, уже поняли, что речь идет о невозможности обнаружения двойников Земли исключительно СОВРЕМЕННЫМИ, уже имеющимися в наличии, средствами. Но наблюдательная техника быстро развивается, и порог обнаружимости постепенно дрейфует в сторону менее массивных и более долгопериодичных планет. Рано или поздно двойники Земли будут обнаружены, в этом нет никаких сомнений.

[vsf]

Хотя конечно с момента публикации этой статьи в 2010 году ситуации должна была улучшиться. Плюс ААТ не такой точный как HARPS, который уже гребет в уже обнаруженных планетных системах вторые внешние планеты массой даже меньше массы Сатурна с периодом как у Юпитера у К-типа звезд.

И по HARPS есть частичные итоги (частичные потому что авторы брали только свои данные не все, о чем говорит, что об Альфе Центавре они говорят что не могут подтвердить планету из-за небольшого числа замеров у них - (21 против 459):

The planet search programme at the ESO CES and HARPS. IV. The search for Jupiter analogues around solar-like stars

Предел для близнеца Юпитера там проходят лишь 4 звезды, но все они менее массивные чем Солнце.

The detection limits of the other stars have a qualitatively similar shape to that shown in Fig. 6. For four stars (ζ Tuc, τ Cet, and the residuals of HR 7703 as well as ǫ Ind A) the upper mass limit is lower than 1 MJup at 5 AU (due to the lower stellar mass of 0.7 M⊙). For 19 stars the limit is still lower than 2 MJup and for 28 stars lower than 4 MJup at 5 AU (see Figure 7).

И в плюс они не могут подтвердить две планеты открытые двумя другими исследователями - долгопериодичный газовый гигант у Эпсилон Эридана и короткопериодичный нептун у HR4523.
Это одно из свежих доказательств, что FAP<1% не может быть достоверным свидетельством наличия планеты из метода лучевых скоростей. Некоторая часть RV-планет с низким SNR (отношением сигнала к шуму) все равно забракуется при повторных наблюдениях на разных спектрографах.

Еще там высказывается вопрос о том, что у газовых планет может совпадать период с периодом магнитного цикла у звезды, как у нашего Солнца с Юпитером что еще более усложняет вытаскивание таких планет из данных.

Note that a high statistical correlation does not necessarily mean a physical correlation, in particular when both quantities exhibit just trends which could coincide just by chance and temporarily. However, if the correlation is present during more complex temporal variations, e.g., both quantities have the same period, a planetary hypothesis should be excluded. But note also, that the Sun hosts a Jupiter in a 12 yr orbit and shows a comparably long magnetic cycle (11 yr).

Поэтому думаю при совмещение данных метода лучевых скоростей с будущими данными астрометрии и прямого метода еще много похожих на Юпитер планет закроется(откроется) или существенно изменит орбиту.

[vsf]

И еще есть долговременный ряд наблюдений на Техаской обсерватории.

DETECTION LIMITS FROM THE MCDONALD OBSERVATORY PLANET SEARCH PROGRAM

Пересекают предел близнеца Юпитера три звезды в 2006 году

M sin i (MJup) 5.2 AU e = 0.0
τ Cet             0.90
61 Cyg A       0.98
61 Cyg B       0.80

Но масса всех трех звезд значительно ниже, чем у Солнца.
Тау Кита 0.783 ± 0.012 массы Солнца
61 Лебедя А и В 0.70 и 0.63 массы Солнца

[Erandir]

можно получить 2 совершенно разных решения - "почти правильный Юпитер" и "совсем неправильный Юпитер". Поэтому Гайи доверия нет

Ровно как Юпитер с Сатурном не сливаются для метода лучевых скоростей, они не должны слиться для астрометрии. Более того, разработчики проекта рассчитывают на распутывание мандал (мандала - астрометрическая орбита звезды в многопланетной системе), ожидают открыть ~1500 таких систем, а в качестве иллюстрации метода как раз приводят ситуацию с Солнцем Плюс не забываем, что кроме запланированных 5-6 лет астрометрии будет хорошая и продолжительная RV-поддержка, а сочетание этих двух методов значительно повышает точность определения как масс, так и орбитальных параметров, в т.ч. для сложных многопланетных решений и при неполном покрытии периода обращения (подробнее можно, например, тут и тут).

[Dem]

Т.е. поймай мы транзиты Венеры, за 4 года работы Кеплера можно было бы определить, что в системе есть ещё возмущающее тело или тела.

Даже на взгляд видна двойная периодичность в 1100 и порядка 10000 дней (Земля и Юпитер)

[vika vorobyeva]

Даже на взгляд видна двойная периодичность в 1100 и порядка 10000 дней (Земля и Юпитер)

Если бы Кеплер еще проработал эти 10000 дней 

[Erandir]

Т.е. при особом везении (если наблюдать СС с ребра) можно было бы даже отловить Венеру, Землю и Юпитер...

Да. Вот ещё иллюстрация - товарищи моделировали, что если бы мы могли наблюдать:
-транзиты Меркурия и Венеры (пускай у нас получилось ), то мы взвесили Венеру и получили бы свидетельство существования Земли
-транзиты Венеры и Земли, то взвесили бы обе планеты и получили бы свидетельство существования Юпитера

Если интересующие планеты, в данном случае по условиям задачи – аналоги Венеры и/или Земли, будут найдены на Кеплере, чего нельзя исключать, пока не подведены итоги миссии, дальнейшие наблюдения можно  было бы проводить на Хаббле. Он должен обеспечивать субминутную точность таймингов транзитов, чего достаточно для взвешивания Земли/Венеры вышеназванным способом. Тут главное, что бы было что наблюдать (т.к. для полноценного взвешивания нужны 2 транзитные планеты, достаточно взаимодействующие друг с другом, хотя бы одна из которых является "искомой"), ну и получить время на телескопе ес-сно. Конечно, это долго – для нормального взвешивания необходимо отнаблюдать 1, а лучше больше TTVшных периода, а это в случае СС - 5+ лет работы. Кроме того, необходимо определить эксцентриситеты, что фотометрически делается не просто, в противном случае мы останемся с верхними пределами масс. Но в настоящее время Хаббл – единственный инструмент, способный таким образом взвешивать планеты, которые не то, что Северный ХАРПС не потянет, мог бы не осилить CODEX на E-ELT по причине тусклости материнских звёзд .

[Erandir]

Не верю. Меркурий бы с многократным перевесом потонул бы в шуме.

Так это же модельный пример О том, что в имеющихся реалиях можно было бы поймать только Венеру и, сложнее, Землю уже писали. Также писали, насколько сложнее - Землю.

[vika vorobyeva]

Дискуссия о сравнительных преимеществах наземных и космических телескопов перенесена в отдельную ветку.
В этой теме обсуждаются ТОЛЬКО возможность обнаружения различных планет Солнечной системы различными методами и инструментами.
Будьте внимательны.

[arduan]

Во

система из ста трехметровых телескопов, разнесенных на 100 км,

  с  http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B0%D1%80%D0%B2%D0%B8%D0%BD_(%D0%BA%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B5%D0%BA%D1%82)

[Вик-тор]

что-то я читал и не понял.....
кто нибудь конкретно может сказать у каких звезд
находятся развитые цивилизации ?

[[XD]]

что-то я читал и не понял.....
кто нибудь конкретно может сказать у каких звезд
находятся развитые цивилизации ?

у Солнца, говорят есть.

по теме: довольно грустно становится что придется оочень долго ждать прорыва в поиске экзопланет.
я так понимаю, пояс астероидов не обладает каким либо влиянием на Солнце?

[Arton]

Долго придется ждать прорыва даже в визуальном наблюдении (а не в вычислении) экзопланет.

[vika vorobyeva]

Сегодня в Архиве электронных препринтов появилась интересная статья:
http://arxiv.org/pdf/1402.0592.pdf

Группа товарищей наблюдала с помощью спектрографов HARPS и UVES лунное затмение 21 декабря 2010 года. Во время лунного затмения наблюдатель, находящийся на Луне, увидел бы, как Земля закрывает солнечный диск (т.е. увидел бы транзит Земли по диску Солнца). Соответственно, спектр солнечного света, преломившегося в атмосфере Земли и отразившегося от поверхности Луны, будет содержать признаки наличия газов из земной атмосферы.
Полученные данные анализировались тремя различными методами, предложенными для анализа трансмиссионных спектров экзопланет.
В результате в отраженном от Луны свете астрономы увидели признаки рэлеевского рассеяния в атмосфере Земли, а также полосы кислорода, озона и водяного пара (и еще натрий ).
Авторы статьи протестировали методы анализа трансмиссионных спектров и выбрали лучший (ближе всего отражающий реальность), а также пришли к выводу, что строящийся телескоп E-ELT будет способен обнаружить кислород, озон и водяной пар в спектре транзитного двойника Земли, удаленного не далее 10 пк.

[alex_semenov]

Европейский чрезвычайно большой телескоп:

В декабре 2013 года стало известно, что строительные работы начнутся в марте 2014 года и займут предположительно 16 месяцев. За этот срок будет построена подъездная дорога к месту будущей башни телескопа, подготовлена несущая платформа на вершине горы Сьерро-Армазонес, а также подготовлены траншеи для труб и кабелей.



И так.
Свет в конце тоннеля?
Если к 2022-му (ладно 2025-му) E-ELT построят… мы через год-другой сможем ТОЧНО сказать есть ли жизнь подобная нам в радиусе 10 пс?…
Это сколько звезд надо обследовать? Сколько их в этом радиусе?
И сколько времени установление факта наличия или отстутствия в 10 парсеках второй земли займет?

[SY]

и еще натрий

Ничего удивительного, натрий имеет очень сильную желтую полосу, а с поверхности океана постоянно срываются мелкие брызги, после высыхания оставляющие мельчайшую пыль, которая может попасть высоко в атмосферу.

[alex_semenov]

Это сколько звезд надо обследовать? Сколько их в этом радиусе?

10 парсек - радиус. Объем 4/3*пи()* 1000 = 4188 парсека кубических. Плотнсть звезд 1 на 7 парсеков. То есть 598 звезд. Шесть сотен... Не густо для статистики.
И еще. Насколько я понял это только ТРАНЗИТЫ? То есть прямых наблюдений не будет. А значит гарантии, что мы обследовали все планеты нет...
То есть, никакой разрешающей процедуры. Если найдут (повезет) то радость будет всеобщая. Но если не найдут, то можно будет сказать, что прибор у нас не достаточно мощный...
Прямое наблюдение дало бы разрешающую процедуру. То есть дало бы твердый ответ ЕСТЬ в 10 парсеках вторая земля или нет. Но когда мы будем напрямую наблюдать экзопланеты - вопрос все еще открытый (и есть неприятная вероятность, что возможно таким октрытым вопрос и останется навсегда, западная цивилизация хиреет и ей после 2030-го будет уже не до амбициозных исследовательских проектов).