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.

[Андрей Курилов]

Типичная звезда в нашем окружении имеет радиус 1/4 солнечных и светимость 1/100 солнечных. Значит на расстоянии "ОЗ" средней звезды вероятность транзита планеты составляет ~1 %. Таким образом, среди всех звёзд в 10 пк от нас лишь ~6 будут демонстрировать транзиты планет в своей "ОЗ", если таковые там вообще есть. Если учесть, что не у каждой звезды есть достаточно заметные для транзита планеты в ОЗ, то мы увидим лишь пару транзитов в "ОЗ" в радиусе 10 пк. Среди которых обязательно будет юпитер и нептун. А вот будет ли среди них терра или океанида - ещё вопрос. Т.е. радиус в 10 пк явно мало для транзитного поиска аналога Земли (пускай даже у КК).

[alex_semenov]

То есть, все еще хуже чем я предположил...
 
Блин... А я надеялся... Впереди еще целые десятилетия и десятилетия разговоров ни о чем... Глупых иллюзий и вожделений... Может это и хорошо? Надежда умирает последней? Вот и пускай умирает последней!
Ведь никто из здраво-мыслящих не верит что в 10-и парсеках есть вторая Земля. Ну где-то в 100 может быть... Это высший из здравых оптимизмов. Но народу такой "оптимизм" не скормишь ведь. Верно? Пускай надеются на сказки про Пандору тут, рядом подольше...
Может это принесет какую-то второстепенную пользу?

[vika vorobyeva]

Друзья, давайте не будем здесь оффтопить. Тема посвящена условиям видимости двойника Солнечной системы наличествующими (или из самого ближайшего будущего) методами и инструментами, а не вероятности обнаружить в 10 пк транзитный аналог Земли.

[alex_semenov]

Хорошо. Будем считать что мы уточнили напрашивающийся вопрос и развенчали излишний оптимизм профанов (то есть мой). И вопрос закрыт.

[Иванов]

Вы чего инглишь в школе не учили что ли? Удивительное скопление неучей Написано четко в статье, что 10 парсек это не предел, надо просто больше транзитов наблюдать. Можно и в 30 парсеках спектр получить, если десяток транзитов наблюдать.
The simulation results are given in Tab. 7 and shown in Fig. 27. The results show that transit photometry through the defined filters allows the detection of the O2 A-band with a detection level of ≈ 2.3 σ. The oxygen B and water vapour bands will be more difficult to detect and will require more than one transit to reach a detection level >2σ.
The Darwin All Sky Star Catalogue (Kaltenegger et al. 2010) lists 878 single FGK stars within 30 pc, a number fully consistent with the 33 solar-type stars numbered by Porto de Mello et al. (2006) for a 27 times smaller volume.
Nevertheless, although the probability of transit detection significantly increases with 878 targets, the flux for a star at 30 pc will be 9 times fainter than at 10 pc, but will still limited by photon noise, meaning that 9 times more transits will be
necessary to reach the same signal to noise ratio than for a target at 10 pc.
It is extremely encouraging to see that the E-ELT will be able, by observing one single transit, to identify oxygen in the visible range on a terrestrial planet in the habitable zone of a solar-type star within 10 pc. For fainter stars at 30 pc, about 10 transits will be needed.

Комментарий модератора раздела

Такой тон ведения дискуссии неприемлем. +10%.

[vika vorobyeva]

Предлагаю продолжить дискуссию о том, как быстро мы сможем обнаружить ближайшую потенциально обитаемую планету, и как быстро и надежно сможем проверить ее обитаемость, в соседней теме:
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,96853.0.html

А здесь не оффтопить.

[Иванов]

А здесь не оффтопить.

Что значит оффтоп? Я указал на то, что в Вашей цитате "не дальше 10 парсек" содержалось ошибочное утверждение. И ошибочность этого утверждения кроме меня больше никто не заметил, а наоборот тут же бросились впадать в любимый свой пессимизм. Поэтому мое сообщение как раз по теме.

[vika vorobyeva]

Ну что ж, поскольку PLATO утвердили, включаем этот проект в рассмотрение

PLATO будет наблюдать два основных поля непрерывно в течение 3 лет и еще 7 полей - на протяжении от 2 до 5 месяцев. Обещают точность фотометрии 27 ppm для звезды 11 звездной величины за час экспозиции. Диапазон наблюдаемых звезд по блеску - от 4 до 11 звездных величин.
Это значит, что Венеру он ловит гарантированно (глубина транзита 76 ppm), орбитальный период 224.7 земных суток. В зависимости от везения можно будет увидеть 4-5 транзитов Венеры.
Землю, по идее, тоже ловит (глубина транзита 84 ppm), 3 транзита. А вот Марс - уже нет.
Звезда - копия Солнца - будет иметь видимую звездную величину +11 на расстоянии 174 пк. Соответственно, все, что ближе - все наше

На всякий случай напоминаю, что из-за заметного наклона орбит Венеры и Меркурия к эклиптике Солнечная система издалека выглядит однотранзитной (т.е. мы видим ИЛИ транзит Венеры, ИЛИ транзит Земли, но не оба транзита сразу - кроме редчайших случаев).

Upd И не забываем о геометрической вероятности транзитной конфигурации. Для Земли она 0.46%, для Венеры 0.64%.

[Константин ВАРБ]

Вика, у меня идиотский вопрос, а когда же луны на краях транзита начнут находить? Для системы Земля-Луна это не менее 10%.
И ещё один такой же:
Если атмосфера прозрачная, то не сводит ли её эффект наблюдаемый диаметр такой планеты на дальнем расстоянии к нулям, давая фантастические плотности?

[vika vorobyeva]

Вика, у меня идиотский вопрос, а когда же луны на краях транзита начнут находить? Для системы Земля-Луна это не менее 10%.

Ну, кольца планет и крупные спутники PLATO тоже обещает находить Посмотрим.

Если атмосфера прозрачная, то не сводит ли её эффект наблюдаемый диаметр такой планеты на дальнем расстоянии к нулям, давая фантастические плотности?

Это как?
У Земли высота атмосферы, условно, 100 км, что в сравнении с радиусом планеты (6378 км) совершенно ничтожная величина. Или Вы имеете в виду газовые планеты массой 2-3 земных с очень протяженной атмосферой? У них глубина транзита на разных длинах волн (где газ прозрачен и где не очень) действительно может отличаться чуть ли не на 10%. Но так, чтобы совсем до нуля?

[Андрей Курилов]

Мда, я представил себе жупитер, прозрачный до самого сжатого до высокой плотности ядра. Жуткое, уродливое зрелище.

[Константин ВАРБ]

Мда, я представил себе жупитер, прозрачный до самого сжатого до высокой плотности ядра. Жуткое, уродливое зрелище.

Многие - звёзды гиганты вероятно так и выглядят.
Да и  он самый наш Юпитер, если бы мы видели его радиационные пояса то 15 градусов на земном небе.

[Константин ВАРБ]

Если атмосфера прозрачная, то не сводит ли её эффект наблюдаемый диаметр такой планеты на дальнем расстоянии к нулям, давая фантастические плотности?

Это как?
У Земли высота атмосферы, условно, 100 км, что в сравнении с радиусом планеты (6378 км) совершенно ничтожная величина. Или Вы имеете в виду газовые планеты массой 2-3 земных с очень протяженной атмосферой? У них глубина транзита на разных длинах волн (где газ прозрачен и где не очень) действительно может отличаться чуть ли не на 10%. Но так, чтобы совсем до нуля?

Я вообще-то имею ввиду нашу Землю с давлениями порядка 10-20 атмосфер.

Я прежде всего о эффектах преломления света.
Как простой пример: полная Земля хорошо освещает Луну, но во время полного земного затмения Луна освещена ярче.
Как мне кажется, что если бы прозрачная атмосфера Земли была бы более массивной, то при транзите через звезду затемнение при транзите могло бы казаться на несфокусированном телескопе значительно меньшим, чем реальное (ассоциация с настройкой оптического микроскопа).
Как-нибудь это учитывается?

Сколько от радиуса Земли приблизительно съест преломление хотя бы 500 км?
Если даже до 5 000 км то плотность возрастёт вдвое.

[Dust Raider]

Здравствуйте!

Изучались ли кем-нибудь закономерности строения и развития планетных систем, и если да, то где про это можно почитать?

Вопрос вырос из спора про hard/soft sci-fi ("твёрдую" и "нетвёрдую" (жидкую, по мнению некоторых) научную фантастику). Ну, не секрет что большая часть НФ выродилась в "фэнтези с оружием, плюющимся разноцветными светящимися соплями", и, разумеется, места действия (планеты) там выбираются по велению левой задней конечности автора. Однако я понимаю что в реальности условия на планетах и возможность существования самих планет напрямую зависят от множества факторов (нахождения в зоне обитаемости, особенностей звезды, наличия/отсутствия спутников и их характеристик, положения планетной системы в галактике, её звёздного окружения, и т.д.)

Хочется узнать об этом больше. Я знаю что сейчас бум поиска и изучения экзопланет, понаходили несколько (как бы не несколько десятков) потенциально пригодных для жизни нашего земного типа. Вероятно, кто-то уже заморочился сопоставлением космической и планетной "экологии", наверняка даже есть научные термины для этого (я их не знаю и потому пишу, возможно, невнятно). Где можно об этом почитать и узнать больше?

[Rattus]

Сейчас одна из главных проблем - избавиться от наблюдательной селекции для точной статистики экзопланетных систем.
Вот есть такой например проект одной из аборигенов Астрофорума - проф. астронома Вики Воробьёвой:
http://www.allplanets.ru/tipy_exoplanet.htm
http://www.allplanets.ru/model_of_planets.htm#4

[Dust Raider]

Большое спасибо, Rattus.

Не знал о таком проекте, прочитал с очень большим интересом, это почти то что мне было нужно!

По факту прочтения возникли вопросы:
1) Что вы понимаете под наблюдательной селекцией? В интернете определения какие-то очень невнятные и в основном на каких-то левых конспирологиеских ресурсах про психологию или глобальные катастрофы.
2) Вот здесь автор приводит список типов экзопланет. Это общепринятая классификация, или авторская? Я пользуюсь астрономической программой Space Engine, там используются похожие типы, но есть некоторые отличия, и хочу понять, какие более корректны.
3) Здесь рассказывается об типах экзопланетах. А есть ли какая-то корреляция между классом родительской звезды и типами её планет? Или это мало связано? (Если есть ссылки на такие исследования, то тоже дайте).

[Проходящий Кот]

Вам сюда:
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,8397.7700.html

[Dem]

) Что вы понимаете под наблюдательной селекцией? В интернете определения какие-то очень невнятные и в основном на каких-то левых конспирологиеских ресурсах про психологию или глобальные катастрофы.

Мы не можем заметить мелкие (размера Земли ) планеты. Не хватает чувствительности
И планеты с длительными периодами обращения. Например TESS каждую область неба наблюдает только три месяца - и за это время планета должна хотя бы пару раз обенуться чтобы быть зарегистрированной.

[cybertron]

http://www.allplanets.ru/tipy_exoplanet.htm

Постоянно читаю про Суперземли и Мининептуны - а они в данной статье отсутствуют. Не удостоились отдельного типа?

[Klapaucius]

) Что вы понимаете под наблюдательной селекцией? В интернете определения какие-то очень невнятные и в основном на каких-то левых конспирологиеских ресурсах про психологию или глобальные катастрофы.

Мы не можем заметить мелкие (размера Земли ) планеты. Не хватает чувствительности
И планеты с длительными периодами обращения. Например TESS каждую область неба наблюдает только три месяца - и за это время планета должна хотя бы пару раз обенуться чтобы быть зарегистрированной.

Мы не можем пока такое заметить у звёзд вроде Солнца. По указанным Вами причинам. Сравнимые по массе, но на порядки меньшие по светимости звёзды обладают открытыми землеподобными (по массе) планетами в зоне светимости, где может быть на поверхности жидкая вода. Иногда по несколько штук на звезду.

Это и есть наблюдательная селекция как дело обстоит сейчас.