Nếu hệ mặt trời của Alpha Centauri A phản chiếu chính xác chúng ta, chúng ta có thể phát hiện ra điều gì?

Giả sử có một bản sao chính xác của hệ mặt trời của chúng ta cách xa 4,4 ly (bao gồm cả người). Những gì chúng ta sẽ có thể phát hiện và với (các) kính thiên văn? Những hành tinh nào? Chúng ta có thể phát hiện truyền phát vô tuyến và / hoặc bất kỳ bầu khí quyển nào không?

Tôi cho rằng việc phát hiện sẽ là tối ưu nếu chúng ta đồng phẳng với hoàng đạo của ngôi sao kia, vậy chúng ta sẽ thấy gì trong các tình huống tốt nhất và tồi tệ nhất (90 ° -view?)?

_{Post Script: vài tháng sau tôi đã hỏi một vài thứ như thế này trong bài giảng von Karman của Neil Turner .}

Đây là một câu hỏi rộng và quá rộng để tôi trả lời một cách toàn diện. Nó nên được chia thành các phương pháp doppler, quá cảnh và hình ảnh trực tiếp; và đó là trước khi chúng ta có câu hỏi về việc phát hiện vành đai Kuiper, phát xạ vô tuyến, v.v.

Tôi sẽ kiên định với những gì tôi biết về việc phát hiện các hành tinh bằng cách sử dụng kỹ thuật lắc lư doppler.

Kỹ thuật Doppler

Các phản xạ vận tốc xuyên tâm bán biên độ của một ngôi sao đối với trường hợp của một hành tinh có khối lượng quay quanh một ngôi sao có khối lượng m 1 , trong một quỹ đạo hình elip với độ lệch tâm e , và quỹ đạo giai đoạn P và với một trục quỹ đạo nghiêng i đến đường ngắm từ Trái đất là: ( 2 π $m_2$$m_1$$e$$P$$i$ Một dẫn xuất chi tiết (rất) được đưa ra bởiClubb (2008).

Vì vậy, tôi đã xây dựng bản thân mình một chút bảng tính và giả định rằng tất cả các hành tinh đã được nhìn thấy một cách tối ưu tại (họ có thể không phải tất cả được nhìn thấy một cách tối ưu, nhưng độ nghiêng nhỏ nhất sẽ vào khoảng i = 83 ∘ cho Thủy, vì vậy nó không làm quá nhiều sự khác biệt) tôi cũng giả định khối lượng của Alpha Cen A là về M ≃ 1.1 M ⊙ .$i=90^{\circ}$$i=83^{\circ}$$M \simeq 1.1M_{\odot}$

Kết quả là

Hành tinh | RV bán biên độ (m / s)

Thủy ngân | $8.3\times 10^{-3}$

Sao Kim | $8.1\times 10^{-2}$

Trái đất | $8.4\times 10^{-2}$

Sao Hỏa | $7.5\times 10^{-3}$

Sao Mộc | $11.7$

Sao Thổ | $2.6$

Thiên vương tinh | $0.28$

Sao Hải Vương | $0.26$

Các giới hạn của những gì có thể được minh họa rõ bởi một hành tinh xung quanh Alpha Cen B, được tuyên bố là ở trong quỹ đạo 3 ngày và có khối lượng tương tự Trái đất ( Dumusque et al. 2012 , và xem exoplanets.org ). Biên độ bán kính vận tốc xuyên tâm được phát hiện ở đây là $0.51\pm 0.04$m / s và một số máy quang phổ, đặc biệt là các thiết bị HARPS, thường xuyên cung cấp độ chính xác dưới 1 m / s. Do đó, Sao Mộc và Sao Thổ sẽ có thể được phát hiện, Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương nằm ở rìa của khả năng phát hiện (hãy nhớ rằng bạn có thể trung bình trên nhiều quan sát RV), nhưng các hành tinh trên mặt đất sẽ không được tìm thấy (phát hiện Trái đất sẽ yêu cầu các khoảng cách dưới 10 cm / s. ngoài ra, các tín hiệu yếu hơn sẽ phải được đào ra khỏi các tín hiệu lớn hơn do các hành tinh giống Sao Mộc và Sao Thổ.

$\sim 5$

Một hình ảnh minh họa tình huống có thể được lấy từ trang web exoplanets.org, trong đó tôi đã thêm các dòng gần đúng với biên độ bán RV sẽ cho độ chính xác 10 m / s và 1 m / s (giả sử khối lượng Alpha Cen A và quỹ đạo tròn). Tôi đã đánh dấu trên Trái đất, Sao Mộc và Sao Thổ. Lưu ý rằng một vài đối tượng đã được phát hiện bên dưới dòng 1 m / s. Cũng lưu ý rằng việc thiếu các hành tinh trong khoảng từ 1 đến 10m / s với thời gian dài hơn một vài năm - sự gia tăng độ nhạy gần đây vẫn chưa thể vượt qua để phát hiện ra khối lượng nhỏ hơn, thời gian dài hơn.

Tóm lại: chỉ có sao Mộc mới được tìm thấy cho đến nay bằng kỹ thuật doppler.

Kỹ thuật vận chuyển

Tôi cũng sẽ thêm một vài nhận xét về kỹ thuật vận chuyển. Phát hiện chuyển tuyến sẽ chỉ hoạt động nếu các ngoại hành tinh quay quanh sao cho chúng đi qua phía trước ngôi sao. Vì vậy, độ nghiêng cao là bắt buộc. Một người nào đó giỏi hơn về lượng giác hình cầu nên sử dụng dữ liệu được công bố cho hệ mặt trời để tìm ra có bao nhiêu (và cái) hành tinh vận chuyển theo một số định hướng tối ưu cao. Cho rằng các hành tinh có độ nghiêng quỹ đạo với độ phân tán vài độ, sau đó một số lượng giác đơn giản và so sánh với bán kính mặt trời, cho bạn biết rằng các quỹ đạo này thường sẽ không chuyển qua bất kỳ góc nhìn cụ thể nào. Thật vậy, một số hệ thống vận chuyển do Kepler phát hiện ra còn "phẳng" hơn nhiều so với hệ mặt trời.

Vệ tinh Kepler có khả năng phát hiện các hành tinh chuyển tiếp rất nhỏ nhờ độ chính xác quang trắc rất cao (độ nhúng trong từ thông tỷ lệ với căn bậc hai của bán kính ngoại hành tinh). Bức ảnh dưới đây, được trình bày bởi nhóm NASA Kepler (hiện đã hơi lỗi thời), cho thấy các ứng cử viên hành tinh đã được phát hiện có kích thước tương đương với sao Hỏa. Tuy nhiên, những xu hướng này có quỹ đạo trong thời gian ngắn vì tín hiệu quá cảnh cần phải được nhìn thấy nhiều lần và Kepler nghiên cứu bản vá bầu trời này trong khoảng 2,5 năm (khi âm mưu này được tạo ra).

Vì vậy, từ quan điểm này, có thể Sao Kim sẽ được nhìn thấy, nhưng không có hành tinh nào khác có thể được xác nhận.

Tuy nhiên, có một nếp nhăn. Alpha Cen A quá sáng đối với những loại nghiên cứu này và sáng hơn so với các ngôi sao Kepler. Bạn sẽ phải chế tạo một dụng cụ đặc biệt hoặc kính viễn vọng để tìm kiếm các điểm quá cảnh xung quanh các ngôi sao rất sáng. Một số công việc này đã được thực hiện bởi các cuộc khảo sát trên mặt đất (chủ yếu là tìm các Sao Mộc nóng). Một vệ tinh mới có tên TESS (Transaging Exoplanet Survey Satellite, được phóng vào tháng 4 năm 2018) là một nhiệm vụ hai năm, tập trung vào việc tìm kiếm các hành tinh nhỏ (cỡ Trái đất và lớn hơn) xung quanh các ngôi sao sáng. Tuy nhiên, hầu hết các mục tiêu của nó (bao gồm Alpha Cen) chỉ được quan sát trong 1-2 tháng, do đó, chỉ các phần bên trong của hệ thống hành tinh của chúng sẽ được thăm dò.

Đầu tiên, tôi nghĩ câu trả lời của Rob Jeffries là tuyệt vời. Tôi sẽ chỉ thêm một điểm nhỏ có thể đáng nói.

Những gì chúng ta sẽ có thể phát hiện và với (các) kính thiên văn?

Alpha Centauri A là một ngôi sao nhị phân có Alpha Centauri B và chúng có kích thước đủ gần để không có L4 hoặc L5 ổn định, do đó, bất cứ thứ gì quay quanh một trong số chúng đều cần phải ở rất gần (khoảng cách sao Thủy có lẽ là sao Kim) hoặc rất xa và rất lạnh, lớn hơn nhiều so với khoảng cách Sao Diêm Vương, quay quanh cả hai ngôi sao như Proxima Centauri.

Nếu bạn đặt Sao Mộc vào quỹ đạo mặt trời quanh A hoặc B, hiệu ứng 3 cơ thể gần như chắc chắn sẽ tạo ra quỹ đạo không ổn định cho hành tinh có thể sẽ không tồn tại lâu, vì vậy, một câu trả lời cho câu hỏi này là hệ mặt trời của chúng ta loại quỹ đạo quanh A hoặc B là không thể.

Chúng ta có thể phát hiện truyền phát vô tuyến và / hoặc bất kỳ bầu khí quyển nào không?

Hiện tại, việc phát hiện bầu khí quyển của chúng ta rất hạn chế và chỉ các hành tinh lớn rất gần với các ngôi sao của chúng, nhưng, bài báo nói rằng chúng đang làm việc với các kính viễn vọng lớn hơn trên đường đi, vì vậy trong vài năm nữa chúng ta sẽ nhận được một cái gì đó trên đó cho các hành tinh khu vực có thể ở được.

phát hiện bầu không khí ngoại hành tinh

Trên sóng vô tuyến và đáng nói, ánh sáng nhìn thấy được, tôi không thể tìm thấy một bài viết hay, nhưng nếu một hành tinh ngoài hành tinh bắn một thông điệp về phía chúng tôi trong một chùm tia chặt chẽ - thì, tôi chắc chắn rằng chúng tôi có thể phát hiện ra điều đó, miễn là họ bắn chùm tia đủ lớn, nhưng chúng ta có thể phát hiện một trái đất khác với sản lượng hiện tại của chúng ta không? Tôi không nghĩ rằng chúng ta gần với loại công nghệ phát hiện đó.

(và nếu tôi có bất kỳ sai sót nào, tôi hoan nghênh sửa chữa).

(Tôi đã hỏi một vài thứ như thế này trong bài giảng von Karman của Neil Turner)

Anh ấy có trả lời bạn không? Anh ấy có nói gì tốt không?

Câu trả lời của Neal Turner từ "Sự ra đời của các hành tinh" von Karman Bài giảng

Làm thế nào chúng ta có thể phát hiện các hành tinh xung quanh một bản sao giống hệt nhau của hệ mặt trời? Các hành tinh của chúng ta sẽ cần được phát hiện bằng phương pháp vận chuyển?

Về tổng thể, có. Sao Mộc có thể bạn có thể phát hiện bằng phương pháp vận tốc hướng tâm nếu bạn sẵn sàng chờ một quỹ đạo hoặc có thể hai để chắc chắn, vì vậy 12 năm để Sao Mộc đi vòng quanh mặt trời.

Các hành tinh khác sẽ rất khó khăn. Nếu họ chuyển đổi, bạn có thể phát hiện ra họ với công nghệ tương tự như chúng ta. Bạn sẽ phải may mắn vì hệ mặt trời của chúng ta không nhỏ gọn như [những người khác được phát hiện bởi Kepler]; nó khá là dàn trải. Nếu bạn có một hành tinh rất gần với ngôi sao của nó, bạn có một cơ hội tốt, nếu nó có một định hướng ngẫu nhiên, thì nó sẽ nằm dọc theo tầm nhìn của bạn. Nếu nó ở rất xa thì sẽ có nhiều khả năng hơn cho định hướng của nó và có xác suất nhỏ hơn nhiều nếu mọi thứ là ngẫu nhiên mà bạn sẽ đưa nó theo đúng tầm nhìn của bạn.

Vì vậy, để ai đó nhìn thấy Sao Mộc của chúng ta từ một ngôi sao gần đó ít có khả năng hơn là chúng ta nhìn thấy Sao Mộc nóng. Chỉ có một số ít người ngoài hành tinh nhìn vào hệ mặt trời của chúng ta và nhìn thấy nó thông qua quá cảnh ngay bây giờ.