Космический телескоп Кеплера обнаруживает планеты на основе падения яркости, вызванного движением планет мимо звезды.
Не означает ли это, что существует неизвестное количество планет, орбита которых не будет обнаружена, поскольку их орбиты не пересекают этот путь между звездой и телескопом?
Ответы:
Это верно. Наклон орбитальной плоскости вокруг звезд считается случайным по всей галактике, поэтому планеты, которые мы можем обнаружить методом транзита, представляют собой лишь крошечную долю планет, которые мы должны ожидать в нашей звездной окрестности.
Метод транзита позволяет обнаруживать планету только тогда, когда линия обзора от Земли до системы содержится или почти находится в орбитальной плоскости планеты. Это означает, что только небольшой диапазон орбитальных наклонов на каждой звезде подходит для обнаружения.
Почему я почти сказал? Потому что есть некоторый диапазон наклонностей, которые все еще привели бы к транзиту. Этот диапазон не является фиксированным, и он зависит от расстояния планеты до принимающей звезды. Как вы можете видеть на этой диаграмме:
Планета А находится ближе к звезде и, таким образом, создает более широкую тень. Если наблюдатель находится в этой затененной области далеко, он может обнаружить планету А. Планета B вместо этого находится дальше от звезды и, следовательно, ее тень уже. Интересно отметить, что даже если обе планеты имеют одну и ту же орбитальную плоскость, есть места, из которых вы могли бы обнаружить только планету A и никогда не обнаружить планету B (см. Зеленые стрелки). По этой причине у нас есть склонность к планетам, вращающимся ближе к их звезде.
Этот эффект на самом деле довольно сильный: рассмотрим нашу Солнечную систему с точки зрения экзопланет. Если бы вы находились в случайной звезде на небе, какова вероятность того, что вы заметите транзит Земли? Что ж, оказывается, что гораздо более вероятно обнаружить транзит Меркурия, даже если Меркурий - самая маленькая планета, просто из-за его близости к Солнцу. В недавней статье была показана схема областей неба, где некоторые инопланетные жители могли бы найти транзит для каждой из наших планет:
Как видите, у Меркурия более широкая полоса. Также интересно отметить , что из - за эти различия в размерах орбит (давайте использовать большую полуось, , в качестве ссылки) и из - за небольшие различия в орбитальных наклонностях нет места во всем небе , из которой Инопланетянин мог обнаружить одновременно более четырех наших планет методом транзита. Нет места во вселенной, где бы можно было обнаружить все планеты Солнечной системы.
Метод обнаружения также зависит от относительных размеров звезды, и планеты : более крупная звезда имеет больший диск (если смотреть с Земли), который может быть легко фотобомбирован планетой, а большая планета может более легко фотобомбировать, если это больше.
В результате вероятность обнаружения планеты увеличивается с увеличением / и а с уменьшением расстояния до звезды-хозяина увеличивается . Отношение тогда имеет такую форму:
Это отношение накладывает несколько наблюдательных смещений. Мы можем видеть экзопланеты, которые являются большими и ближе к их звезде, но мы не можем видеть планеты, которые являются маленькими и более отдаленными. По этой причине первыми обнаруженными экзопланетами являются так называемые горячие Юпитеры : планеты-гиганты гораздо ближе к своим звездам, чем Меркурий к Солнцу. На этой диаграмме показаны все обнаружения экзопланет по размеру в зависимости от орбитального расстояния:
Как видите, маленькие планеты можно обнаружить только в том случае, если они имеют очень маленькие орбиты вокруг своих звезд. Нам еще предстоит найти планету размером с Землю (довольно маленькую) с 365-дневным орбитальным периодом (расстояние 1 AU), используя метод транзита. Нет оснований полагать, что это является представителем всего населения планет. Черная область графика, вероятно, заполнена точками, но наши инструменты пока не могут исследовать эту область.
У телескопа Kepler была камера с полем зрения, на котором он мог обнаружить более полумиллиона звезд, но фактическое количество звезд, отслеживаемых во время миссии, составило около 150 000 звезд (эти звезды имели хорошие сигналы и были идеальными целями для миссии ) . Для этих 150000 звезд Кеплер обнаружил 2345 экзопланет, распределенных в 1205 звездах. Таким образом, мы можем сказать, что для каждой звезды, на которую нацелен Кеплер, средняя вероятность нахождения там некоторых планет составляет около ; Это должно дать вам оценку возникновения орбитальных наклонностей, которые приводят к транзитам.
Правда в том, что это число слишком мало, потому что у Кеплера есть еще несколько предубеждений. Например, Кеплер только подтвердил планеты после трех транзитов были обнаружены. Поскольку миссия Кеплера длилась четыре года и четыре месяца, можно сказать, что в лучшем случае Кеплер смог обнаружить планету с орбитальным периодом, равным двум годам и двум месяцам, но это даже не так, поскольку случиться, что транзит должен был быть обнаружен только в начале миссии, на полпути и в ее точном конце, и это совпадение не произошло. Таким образом, у Кеплера не было возможности обнаружить какую-либо планету с периодами, превышающими два года (достаточно для Земли, но недостаточно для нашего Юпитера, например), даже если наклонение орбиты идеально подходило для транзита, Таким образом, вы можете ожидать больше возможных транзитов, чем на самом деле изображается телескопом Кеплера.
На самом деле, для планет, близких к их звездам, было подсчитано, что вероятность случайного выравнивания, чтобы разрешить транзит, достигает ; Для таких больших звезд, как наше Солнце, и планет, находящихся на том же расстоянии, что и Земля, вероятность этого случайного появления падает до . Таким образом, при всем разнообразии планет (с точки зрения размеров и расстояний до их главной звезды) разумно ожидать, что коэффициент обнаружения Кеплера будет (если мы также добавим ограничение по времени для наблюдения трех транзитов).
удивительное число! Это означает, что для каждой планеты, подобной Земле, которую мы обнаруживаем методом транзита, нам следует ожидать еще 213 планет, похожих на Землю, вращающихся вокруг других звезд, которые невозможно обнаружить методом транзита.
Этот вид рассуждений был расширен. У нас много сложностей в их обнаружении, но если вы математически смоделируете эту сложность и соответствующие отклонения, связанные с известными инструментами, и примете случайные конфигурации, вы увидите, что каждое открытие дает статистическую значимость количеству возможных планет, которые действительно существуют. , Сейчас существует так много обнаружений, что мы наконец-то можем со статистической уверенностью установить, что планет в нашей галактике больше, чем звезд (даже если мы исследовали бесконечно малую долю всего населения), даже если это было то, чего мы могли ожидать Теперь убедительные доказательства этого благодаря Кеплеру. Это означает, что в Млечном Пути может быть около триллиона или более растений., Теперь мы также можем установить некоторые статистические ограничения на появление планет земного типа (вращающихся в обитаемой зоне их солнечной звезды) благодаря Кеплеру. Вероятно, в нашей галактике около 11 миллиардов планет с такими характеристиками .
TL; DR
Планет намного больше, чем тех, которые мы можем обнаружить методом транзита, в 10-100 раз больше в зависимости от размера и орбитального периода планеты, которую вы ищете.
Да.
Последним кусочком детализации, который не может быть зафиксирован простым уравнением, являются шансы захвата транзита из-за ограниченной частоты кадров или рабочего цикла наблюдений.
Даже для такой миссии, как Кеплер, наступает предел, когда продолжительность транзита может охватывать только одну или две точки наблюдения, и становится трудно различить транзит. То же самое, если продолжительность миссии покрывает только один транзит, так что планетарная природа не может быть подтверждена.
Наконец, вы должны принять во внимание отношение сигнал / шум наблюдений. Меньшие планеты вокруг более слабых звезд производят транзитные сигналы, которые труднее обнаружить.
Эти проблемы могут (и есть) решаться только путем моделирования данных наблюдений.