Какую длину волны лучше всего обнаружить на «9-й планете»?

15

Мы знаем, что отраженный солнечный свет сильно затруднит обнаружение 9-й планеты в видимом свете. Есть ли другая группа, которая с большей вероятностью обнаружит это? Какова температура поверхности этого объекта, вероятно, и что это будет означать для его оптимальной длины волны обнаружения?

PearsonArtPhoto
источник
11
Если это существует .
Дэвид Хаммен
3
Даже если его не существует, задавая такой вопрос, можно решить, существует ли он на самом деле.
PearsonArtPhoto
4
Это действительно отдельный вопрос, я хотел бы предложить вам спросить, почему WISE не обнаружил этот объект, что может привести к некоторому интересному обсуждению.
PearsonArtPhoto
4
Все ставки не принимаются, если эта предполагаемая девятая планета является магически захваченной изгоем, которая намного старше Солнечной системы. В этом случае он охладится до состояния почти невидимости.
Дэвид Хаммен
3
@DavidHammen Да, в пределах 10000 ау нет "Сатурна". Но эта возможная планета 9, вероятно, не газовый гигант. Если он не был значительно нагрет радиоактивностью или приливами каким-либо образом (см. Ответы ниже), он не мог быть виден WISE при 1000 а.е. (его равновесная температура была бы слишком низкой). Возможно, это причина (я еще не видел ни одной статьи), почему авторы говорят, что это, вероятно, не газовый гигант. У вас есть ссылка / URL-адрес, где выполняется расчет для объекта размером с Нептун в WISE? Я могу только найти пределы для Юпитера / Сатурна.
Роб Джеффрис

Ответы:

7

Прямое отражение солнечного света является наиболее вероятным сценарием открытия девятой планеты, однако это не имеет места, если объект имеет очень низкое альбедо. Я предполагаю, что вы заинтересованы в том, какие длины волн излучает планета.

Для температуры поверхности важно вращение планеты. Если он заблокирован одной стороной к Солнцу или вращается очень медленно, центр Солнца, обращенный к полушарию, излучает столько же энергии, сколько получает от Солнца. При 60 а.е. солнечный поток составляет около 0,38 Вт / м². Используя закон Стефана-Больцмана , мы получаем равновесную температуру поверхности 51 К (это максимально возможная температура поверхности, при условии, что в ней нет атмосферы). Закон смещения Вина говорит нам, что излучение от объекта весом 51 k достигает пика на длине волны 57 мкм (инфракрасный).

Для вращающегося тела температура экватора составляет 38 К, а пик излучения составляет 78 мкм (все еще инфракрасный).

Используя альбедо 0,5, пики составляют 68 мкм и 90 мкм для невращающегося и вращающегося тела соответственно. Обратите внимание, что это только для экваториальной области, фактическая длина волны максимума будет немного выше, что относится к дальнему инфракрасному спектру. Кроме того, высокая неопределенность вращения, альбедо и массы (масса важна для внутреннего нагрева), делает невозможным получение более высокой точности, чем

60 ау - это очень оптимистичное расстояние перигелия для девятой планеты, поэтому для более реалистичного расстояния, скажем, 200 ау, его невозможно наблюдать в ИК-спектре, если у него нет значительного внутреннего источника тепла.

SE - прекратить увольнять хороших парней
источник
Интересно, хотя я полагаю, что радиоактивный распад, помимо других факторов, также будет оказывать значительное влияние на поверхностное тепло.
PearsonArtPhoto
Вы должны учитывать, насколько сложно что-либо измерить на этих длинах волн. Для начала вам понадобится работающий криогенный инфракрасный космический телескоп.
Роб Джеффрис
2
Возможная планета 9 намного дальше, чем 60 а.е.? Он будет обнаруживаться только в инфракрасном диапазоне, если у него есть какое-то внутреннее тепловыделение.
Роб Джеффрис
60 ау в лучшем случае
SE - прекратить увольнять хороших парней
Я должен сказать, я еще не слышал об использовании 60 AU, даже в качестве расстояния перигелия. Цифры, которые я видел, легко исчисляются сотнями АС. Мне любопытно узнать ваш источник для этого. Это всего лишь незначительный момент, хотя - может быть.
HDE 226868
8

Предполагается, что возможная планета 9 составляет около 10 масс Земли и вряд ли будет газовым гигантом (это может быть ядром «прерванного» газового гиганта). Как таковой, он не будет генерировать значительную яркость сам по себе и будет скалистым или, что более вероятно, ледяным по характеру. Таким образом, он будет виден только отраженным светом.

Соображения относительно того, какую длину волны следует искать, сбалансируют чувствительность имеющихся инструментов с вероятным спектром объекта. Это, в свою очередь, зависит от солнечного спектра и зависимости отражательной способности (альбедо) от длины волны.

Для большинства ледяных объектов, включая объекты Плутона и Транс-Нептуна, коэффициент отражения увеличивается до красного и ближнего инфракрасного диапазона, в то время как солнечный спектр достигает максимума на более коротких длинах волн. Это говорит о том, что поиски лучше всего проводить с широкопольными оптическими приборами в диапазонах R или r 'на длине волны около 600 нм.

Еще одним фактором в поиске кандидата является то, что вам придется покрывать большую площадь. Это возможно только на оптических и ближних инфракрасных волнах, если объект не был достаточно ярким в середине ИК-диапазона, чтобы обнаружиться в WISE (который, я уверен, тщательно проверяется). Пресс-релиз, который я видел, сказал, что SUBARU используется для поиска. Могу поспорить, что они используют поле половинного градуса Suprime-Cam на оптических длинах волн, а не получают изображения COMICS mid-IR с его полем дуги 42x32 !

Подтверждение кандидата должно быть легким, учитывая огромный параллакс и ожидаемое правильное движение.

Роб Джеффрис
источник
Я не уверен, что наблюдения КБО были бы правильными. Предполагается, что этот объект будет намного больше, чем типичный КБО ...
PearsonArtPhoto
@PearsonArtPhoto Не стесняйтесь, чтобы создать свой собственный спектр отражения. Даже если бы он был плоским, это могло бы только сместить диапазон поиска в диапазоны V или g '.
Роб Джеффрис
Спектр отражения, вероятно, близок, я дам вам это, но я несколько скептически отношусь к возможностям теплового ИК-обнаружения. Смотри мой ответ.
PearsonArtPhoto
6

Существует два основных способа обнаружения такого объекта. Во-первых, это обнаружить через отраженный солнечный свет. Во-вторых, от тепла, которое он производит. Мы уже знаем, что отраженный свет такого объекта, вероятно, будет около 16,5 величины. Чтобы определить инфракрасный, мы должны оценить температуру

Температура очень сильно зависит от состава. Для простоты предположим, что композиция похожа на Землю и была создана примерно в то же время, что и остальная часть Солнечной системы. Эти предположения могут оказаться недействительными, но они входят в число обсуждаемых возможностей. По данным Scientific America , внутреннее тепло Земли, по крайней мере, составляет 50% от радиоактивного распада . Конечно, это только внутреннее тепло, но не все это попадет на поверхность.

Эта предлагаемая планета в некотором роде похожа на «Планету-бродягу» , где небольшой диск газа упал на планету без звезды или был выброшен из их системы-хозяина. Справедливый бит также зависит от того, есть ли значительная луна объекта. Если это так, то приливно-отливный нагрев резко повысит температуру объекта. Любое такое определение не может быть сделано без наблюдения, но возможно. Атмосфера также поможет удержать планету от замерзания. Бумага для обнаружения планет - изгоев исходит от Abbott и Свитцера. Они выдвигают гипотезу о том, что объект массой 3,5 Земли может быть обнаружен, если он находится в пределах 1000 а.е., особенно в дальнем инфракрасном диапазоне, с температурой поверхности около 50 К.

В итоге, было бы разумно попытаться обнаружить как в дальнем инфракрасном, так и в видимом диапазонах, хотя это может быть трудно обнаружить даже тогда. Учитывая параллакс в качестве основного средства движения, обнаружение должно проводиться в нескольких точках на орбите Земли, вероятно, одно и то же место следует искать на расстоянии около 90 дней, чтобы дать максимальную возможность для движения, поскольку параллакс будет виден только при движении Земля была перпендикулярна местоположению объекта.

PearsonArtPhoto
источник
Третий метод - обнаружить еще несколько комет (или ТНО, или КБО), чьи орбиты сформированы этим Девятым парнем. Даже если такая планета не будет замечена напрямую, такая планета станет более реальной, если доказательства будут накапливаться. И космические телескопы ИК-съемки и, возможно, другие телескопы-разведчики в трубопроводе должны значительно улучшить обнаружение своих «жертв».
LocalFluff
Это правда, но никто не посчитает это решенным, пока не обнаружит его. Все, что на самом деле делает дальнейшее свидетельство, - это сжимать часть неба, чтобы искать его.
PearsonArtPhoto
Я не думаю, что есть какие-либо объекты типа дальнего ИК-обследования, и это должно быть учтено. Конечно, ищите его в дальнем ИК-диапазоне после того, как оно будет найдено. Поиск происходит с Subaru согласно пресс-релизу. Я предполагаю, что они используют поле половинного градуса оптической камеры SuprimeCam, а не 42x32 угловых секунд камеры COMICS ближнего и среднего ИК-диапазона!
Роб Джеффрис
Я не уверен, насколько реалистичен этот подход, но теоретически вы не смогли бы найти Planet9, ища скрытые объекты? Под этим я подразумеваю сравнение неба и нахождение отсутствующих объектов, которые обычно должны быть видны.
TryHarder