Lokalizacja 9. planety?

Widziałem wiele doniesień prasowych wskazujących, że prawdopodobnie istnieje 9. planeta w naszym Układzie Słonecznym , coś z okresem orbity od 10 do 20 tysięcy lat, czyli 10 razy więcej niż masa Ziemi. Nie widziałem żadnego rzeczywistego wskazania, gdzie może być ten obiekt. Gdybym miał dostęp do wystarczającego teleskopu, czy byłbym w stanie znaleźć tę planetę i w jaki sposób wskazałbym teleskop, aby ją znaleźć? Jak daleko to może być, czy też nie jest to dobrze znane?

Jest zbyt słabo widoczny, aby można go było zobaczyć podczas normalnego przeglądu przez większą część jego orbity.

Aktualizacja: Naukowcy z University of Bern modelowali hipotetyczną planetę o masie 10 Ziemi na proponowanej orbicie, aby oszacować jej wykrywalność z większą precyzją niż moja próba poniżej.

Na wynos jest to, że misja WISE NASA prawdopodobnie dostrzegłaby planetę o co najmniej 50 masach Ziemi na proponowanej orbicie i że żadne z naszych obecnych badań nie miałoby szansy znaleźć jednej poniżej 20 mas Ziemi na większości jej orbity. Ustawiają temperaturę planet na 47 K z powodu ciepła resztkowego z formowania; co sprawiłoby, że jest 1000 razy jaśniejsze w podczerwieni niż w świetle widzialnym odbijanym od słońca.

Powinien jednak znajdować się w zasięgu LSST po jego zakończeniu (pierwsze światło 2019, normalne operacje rozpoczynają się w 2022 r.); więc pytanie powinno zostać rozwiązane w ciągu kilku kolejnych lat, nawet jeśli jest wystarczająco daleko od proponowanej orbity Batygina i Browna, że ​​ich poszukiwania za pomocą teleskopu Subaru są puste.

Moja pierwotna próba ręcznego oszacowania wykrywalności jest poniżej. Papieru daje potencjalne parametry orbitalne do głównej osi naczepy i 200 - 300 AU na perihelium. Ponieważ artykuł nie podaje najbardziej prawdopodobnego przypadku parametrów orbitalnych, wybiorę ekstremalny przypadek, który sprawia, że ​​najtrudniej go znaleźć. Biorąc najbardziej ekscentryczne możliwe wartości z tej orbity, uzyskujemy orbitę z półosiową osią 1500 AU, a peryhelium 200 AU ma aphelium 2800 AU .$400-1500~\textrm{AU}$$200-300~\textrm{AU}$$1500~\textrm{AU}$$200~\textrm{AU}$$2800~\textrm{AU}$

Aby obliczyć jasność obiektu świecącego odbitym światłem, właściwym współczynnikiem skalowania nie jest spadek jak można naiwnie założyć. Jest to poprawne dla obiektu promieniującego własnym światłem; ale nie dla jednego świecącego odbitym światłem; w takim przypadku właściwe jest takie samo skalowanie 1 / r 4 jak w przypadku powrotu radaru . To, że jest to poprawny współczynnik skalowania, którego można użyć, może zostać sprawdzone poczytalności na podstawie faktu, że pomimo tego, że ma podobny rozmiar, Neptune jest ∼ 6 x ciemniejszy niż Uran, mimo że jest tylko 50 % dalej: 1 / r $1/r^2$$1/r^4$$\sim 6x$$50\%$$1/r^4$Skalowanie daje współczynnik dimmera w porównaniu z 2,25 dla 1 / r 2 .$5x$$2.25$$1/r^2$

Korzystanie z tego daje ściemnianie 2400x przy To obniża nas o 8,5 magnitudo w stosunku do Neptuna w peryhelium lub 16,5 magnitudo. 500 AU przenosi nas do 20 magnitudo, podczas gdyaphelium 2800 AU przyciemnia odbite światło o prawie 20 magnitudo do 28 magnitudo. Odpowiada tonajsłabszym gwiazdom widocznym z 8-metrowego teleskopu; dzięki czemu jego odkrycie jest znacznie mniej zaskakujące.$210~\textrm{AU}\;.$$8.5$$16.5$$500~\textrm{AU}$$20$$2800~\textrm{AU}$$20$$28$

To jest rozmyta granica w obu kierunkach. Energia resztkowa z formacji / materiału radioaktywnego w jego rdzeniu zapewni mu pewną wrodzoną jasność; w ekstremalnych odległościach może to być jaśniejsze niż światło odbite. Nie wiem jak to oszacować. Możliwe jest również, że ekstremalne zimno chmury Oort mogło zamrozić atmosferę. Gdyby tak się stało, jego średnica byłaby znacznie mniejsza, a zmniejszenie powierzchni odbijającej mogłoby przyciemnić ją o kolejny rząd wielkości lub dwa.

Nie wiedząc, jaki rodzaj korekty tu wprowadzić, założę, że te dwa czynniki całkowicie się znoszą i pozostawiam pierwotne założenia, że ​​odbija tyle światła, co Neptune, a światło odblaskowe jest dominującym źródłem oświetlenia w pozostałej części moich obliczeń .

Dla porównania, dane z NASA WISE eksperymentu wykluczył Saturn rozmiarach ciała w ciągu od Słońca.$10,000~\textrm{AU}$

Jest również prawdopodobnie zbyt słaby, aby zostać wykryty przez właściwy ruch; chociaż jeśli uda nam się mocno ścisnąć jego orbitę, Hubble może potwierdzić jej ruch.

Mimośród mimośrodowy można obliczyć jako:

$$e = \frac{r_\textrm{max} - r_\textrm{min}}{2a}$$

Podłączenie liczb daje:

$$e = \frac{2800~\textrm{AU} - 200~\textrm{AU}}{2\cdot 1500~\textrm{AU}} = 0.867$$

Podłączając i e = 0,867 do komety kalkulatora orbicie daje 58 , 000 lat orbitę.$200~\textrm{AU}$$e = 0.867$$58,000$

Chociaż daje to średni właściwy ruch wynoszący ponieważ orbita jest bardzo ekscentryczna, jej właściwy ruch jest bardzo zróżnicowany, ale spędza większość czasu daleko od Słońca, gdzie jej wartości są minimalne.$22~\textrm{arc-seconds/year}\;,$

Prawa Keplera mówią nam, że prędkość w aphelium określa :

$$v_a^2 = \frac{ 8.871 \times 10^8 }{ a } \frac{ 1 - e }{ 1 + e }$$

$v_a$$\mathrm{m/s}\;,$ $a$$\mathrm{AU},$$e$

$$v_a = \sqrt{\frac{ 8.871 \times 10^8 }{ 1500 } \cdot \frac{ 1 - 0.867 }{ 1 + 0.867 }} = 205~\mathrm{m/s}\;.$$

$\textrm{AU/year}:$

$$205 \mathrm{\frac{m}{s}}\; \mathrm{\frac{3600 s}{1 h}} \cdot \mathrm{\frac{24 h}{1 d}} \cdot \mathrm{\frac{365 d}{1 y}} \cdot \mathrm{\frac{1\; AU}{1.5 \times 10^{11}m}} = 0.043~\mathrm{\frac{AU}{year}}$$

$2800~\textrm{AU}$$0.043~\textrm{AU}$

$$\sin \theta = \frac{0.044}{2800}\\ \implies \theta = {8.799×10^{-4}}^\circ = 3.17~\textrm{arc seconds}\;.$$

$0.05~\textrm{arc seconds};$$\sim 500~\textrm{AU},$

Jego ruch paralaksy byłby znacznie większy ; jednak wyzwanie polegające na zobaczeniu go w pierwszej kolejności pozostanie.

Pozycja hipotetycznego obiektu nie jest znana z całą pewnością, dlatego trudno jest określić, gdzie skierować teleskop.

W artykule zaproponowano szeroki zakres odległości orbitalnych w dowolnym miejscu od 400 do 1500 półosi głównych osi AU, z peryhelem (najbliższe podejście do Słońca) wynoszącym 200-300AU. To jest 8 razy dalej niż do Neptuna. (Nie przeczytałem artykułu wystarczająco dokładnie, aby ustalić, czy ciało będzie w pobliżu peryhelium, czy nie; może być w odległości ponad 1000 jednostek AU, 30-krotnej odległości Neptuna).

Przy masie 10 Ziemi spodziewalibyśmy się, że ciało będzie około 2-5 razy większe niż promień Ziemi - nieco mniejszy niż Neptun.

Połączenie odległości i wielkości sugeruje, że ciało byłoby znacznie słabsze niż Neptun, nie było jaśniejsze niż 16,5 jasności na peryhelium i prawdopodobnie znacznie ciemniejsze.

Powołując się na oryginalny artykuł :

$\geq \approx 10$

i

Jak już wspomniano powyżej, dokładny zakres parametrów perturbera wymagany do zadowalającej reprodukcji danych jest obecnie trudny do zdiagnozowania. Rzeczywiście, konieczne są dodatkowe prace, aby zrozumieć kompromisy między zakładanymi elementami orbitalnymi i masą, a także w celu zidentyfikowania obszarów przestrzeni parametrów, które są niezgodne z istniejącymi danymi.

Tak więc znalezienie prawdopodobnych parametrów orbitalnych jest w toku.

Batygin i Brown stworzyli stronę internetową, która w przejrzysty sposób opisuje poszukiwanie 9. planety. W szczególności zwracają uwagę na następujące kwestie:

peryhelium (jego najbliższe podejście do słońca) w okolicach prawego wniebowstąpienia na niebie przez 16 godzin, co oznacza, że ​​pozycja peryhelium jest dokładnie nad głową pod koniec maja. I odwrotnie, orbita dociera do aphelium (najdalej wysuniętego punktu od Słońca) po około 4 godzinach lub prosto nad głową pod koniec listopada.

Aby go poszukać, należy popatrzeć wzdłuż ekliptyki, koncentrując się głównie na obszarze bezpośrednio nad głową pod koniec listopada. Zauważ, że w tej części nieba pojawia się również centrum galaktyki. Nachylenie szacuje się na 30 stopni plus 20 minus, więc należy również przeszukać odległość od ekliptyki.

Jeśli miałeś dostęp do wystarczającego teleskopu, teoretycznie mógłbyś go zobaczyć, gdybyś spojrzał we właściwe miejsce (chociaż nikt nie wie, gdzie może być właściwe miejsce). Ale jeśli jest gdzieś w pobliżu aphelium, na świecie jest tylko garstka wystarczających teleskopów (powiedzmy lustro 8m lub większe), więc myślę, że jest mało prawdopodobne, abyś miał dostęp do jednego z nich.