Wie viel Prozent der Planeten sind in der Lage, von der Erde aus gesehen zu werden? (und damit Transite machen können)

Die Sternnummer 12644769 aus dem Kepler-Eingabekatalog wurde nach der Entdeckung ihrer gegenseitigen Finsternisse (9) als Finsternis-Binärdatei mit einem Zeitraum von 41 Tagen identifiziert. Finsternisse treten auf, weil die Umlaufbahn der Sterne von der Erde aus gesehen fast kantenrichtig ist . Während der primären Finsternisse wird der größere Stern mit der Bezeichnung „A“ teilweise vom kleineren Stern „B“ verdunkelt, und der Systemfluss nimmt um ca. 13% ab.

Von http://www.sciencemag.org/content/333/6049/1602

Hier ist jedoch die Sache: Von allen möglichen Edge-On-Konfigurationen gibt es weit mehr Konfigurationen, bei denen ein Planet niemals in der Lage sein kann, Edge-On zu sein, als Konfigurationen, bei denen sich ein Planet möglicherweise in der Lage befindet, Edge-On zu sein . (Ich würde vermuten, dass es in weniger als einem von mehreren hundert Fällen passiert)

Warum können wir also so viele Transite beobachten?

Weil es so viele Planeten gibt!

Es gibt zufällig eine ganze Webseite, die sich der Berechnung dieser Antwort widmet .

Transits können nur erkannt werden, wenn sich die Planetenbahn in der Nähe der Sichtlinie (LOS) zwischen dem Beobachter und dem Stern befindet. Dies setzt voraus, dass der Orbitalpol des Planeten innerhalb eines Winkels von (Teil 1 der Abbildung unten) gemessen von der Mitte des Sterns und senkrecht zum LOS liegt, wobei d_ der Sterndurchmesser ist (= 0,0093 AE) für die Sonne) und ist der Umlaufradius des Planeten.d ∗$d_*/a$$d_{*}$$a$

Dies ist für alle Winkel um den LOS möglich, dh für insgesamt Steradiane der Polpositionen auf der Himmelssphäre (Teil 2 der Figur).4 π d ∗ / 2 $2\pi$$4\pi d_*/2a$

Die geometrische Wahrscheinlichkeit, einen Transit für irgendeine zufällige Planetenbahn zu sehen, ist also einfach (Teil 3 der Figur) ( Borucki und Summers, 1984 , Koch und Borucki, 1996 ).$d_*/2a$

Für die Erde und die Venus sind dies 0,47% bzw. 0,65% (siehe Tabelle oben). Da weidende Transite nicht leicht zu erkennen sind, werden solche mit einer Dauer von weniger als der Hälfte eines zentralen Transits ignoriert. Da sich eine Sehne mit dem halben Durchmesser in einem Abstand von 0,866 des Radius vom Mittelpunkt eines Kreises befindet, machen die verwendbaren Durchgänge 86,6% der Gesamtmenge aus. Wenn andere Planetensysteme unserem Sonnensystem insofern ähnlich sind, als sie auch zwei erdgroße Planeten in inneren Umlaufbahnen enthalten und die Umlaufbahnen nicht innerhalb von koplanar sind, können die Wahrscheinlichkeiten addiert werden. Somit sollten ungefähr der Sterne mit Planeten Transite in Erdgröße zeigen.0,011 × 0,866 = 1 $2d_*/D$$0.011 \times 0.866$ $= 1\%$

Das ist verdammt erstaunlich! Kepler ist schon seit kurzer Zeit dort oben und hat eine mögliche Liste von fast 2000 Planeten, die nur ein paar Jahre lang ungefähr 150.000 Sterne betrachtet haben! Wenn also nur 1% statistisch durchlaufen würde, würde dies bedeuten, dass nur zufällig 1500 Systeme die richtige Ausrichtung haben würden ( angesichts der bisherigen Ergebnisse ist dies sinnvoll ). Und wenn man bedenkt, dass ungefähr 7500 Sterne aus der Überlegung gestrichen wurden, weil sie auf die eine oder andere Art variabel waren.

Die Antwort ergibt sich aus der Anzahl der von jeder Methode untersuchten Sterne. Kepler untersuchte im ersten Teil seiner Mission 150.000 Sterne. Nach der erweiterten Mission wurden 503.506 https://en.wikipedia.org/wiki/Kepler_space_telescope untersucht . Kepler starrte jeweils auf ein Stück Himmel und maß dabei die Helligkeit von vielen Zehntausenden Sternen gleichzeitig. Die neue Satellitenmission TESS wird rund 200.000 Sterne untersuchen.

Die Radialgeschwindigkeitsmethode muss von jedem Kandidatenstern wiederholte Messungen durchführen und dann zum nächsten übergehen. Bei hellen Sternen beträgt die Belichtungszeit 2 Minuten, bei schwächeren Sternen etwa 10 Minuten. Das HARPS-Instrument verwendet die meisten verfügbaren Nächte in einem 4-Meter-Teleskop. Der erste HARPS-Kandidatenkatalog lautete 376 https://phys.org/news/2011-09-exoplanets-harps.htmlstars . Dies wurde im Laufe der Jahre erweitert und geändert. Es gibt mehrere andere wichtige Radialgeschwindigkeitssuchen. Ihre Listen überschneiden sich, so dass sie insgesamt 5.000 Sterne prüfen (eine persönliche Schätzung).

Diese beiden Techniken sind ziemlich vergleichbar, da beide für das Schließen auf Planeten am empfindlichsten sind. Der Unterschied in der Anzahl der gefundenen Pflanzen besteht darin, dass Transitvermessungen mehr als genug Sterne untersuchen, um die geringe Wahrscheinlichkeit zu überwinden, einen Planeten zu entdecken, der durch den Wirtstern transitiert.

Die anderen Techniken zum Auffinden von Exoplaneten bevorzugen das Auffinden verschiedener Arten von Planeten. Zum Beispiel neigt die Mikrolinse dazu, Planeten mit hoher Masse über die Entfernung des Jupiters von seinem Stern zu finden. Von den Millionen von Sternen, die auf Mikrolinsen untersucht wurden, weisen ungefähr 3.000 (bei frühen Suchanfragen weitaus weniger) innerhalb eines Jahres Mikrolinsen auf, von denen nur 10 die Signatur eines Planeten haben. Normalerweise dauert es ungefähr ein Jahr, um jedes Ereignis zu modellieren ... so dass relativ wenige Planeten gefunden werden.

• Methode Anzahl der untersuchten Sterne Anzahl der gefundenen Planeten
• Transits 500.000+ 3126
• Radialgeschwindigkeit 5.000 778
• Schätzung der Mikrolinse 100 84
• Direkte Bildgebung 100 rate 47
• Astrometrie 10 rate 1

siehe https://exoplanets.nasa.gov/alien-worlds/ways-to-find-a-planet/ Die Schätzungen der Anzahl der Sterne sind meine Schätzungen.