Wenn das Sonnensystem von Alpha Centauri A genau unser eigenes widerspiegeln würde, was könnten wir dann erkennen?

Nehmen wir an, es gäbe eine exakte Kopie unseres 4,4 Jahre entfernten Sonnensystems (Menschen eingeschlossen). Was könnten wir mit welchem ​​Teleskop erkennen? Welche planeten Können wir Funkübertragungen und / oder Atmosphären erkennen?

Ich gehe davon aus, dass die Erkennung optimal wäre, wenn wir mit der Ekliptik des anderen Sterns koplanar wären. Was würden wir also im besten und im schlechtesten Fall (90 ° -Ansicht?) Sehen?

_{Postskriptum: Einige Monate später habe ich bei einem von Karman-Vortrag von Neil Turner so etwas gefragt .}

Diese Frage ist weit gefasst und zu weit gefasst, als dass ich sie umfassend beantworten könnte. Es sollte in Doppler-Methoden, Transite und direkte Bildgebung unterteilt werden. und das ist, bevor wir zu Fragen der Erkennung von Kuipergurten, Funkemissionen usw. kommen.

Ich bleibe für den Moment bei dem, was ich über die Erkennung von Planeten mit der Doppler-Wobbel-Technik weiß.

Doppler-Technik

Die Reflexradialgeschwindigkeitshalbamplitude eines Sterns für den Fall eines Planeten der Masse der einen Stern der Masse m 1 umkreist , in einer elliptischen Umlaufbahn mit der Exzentrizität e und der Umlaufperiode P und mit einer Umlaufachse, die bei i zur geneigt ist Sichtlinie von der Erde ist: ( 2 π $m_2$$m_1$$e$$P$$i$ Eine (sehr) detaillierte Ableitung gibtClubb (2008).

Also habe ich mich ein wenig Tabelle gebaut und davon ausgegangen , dass alle Planeten optimal gesehen wurden bei (sie sind nicht alle optimal zu sehen war, aber die kleinste Neigung wäre etwa i = 83 ∘ für Merkur, so tut es nicht machen zu viel Unterschied) ich werde auch die Masse der Alpha Cen A annehmen , ist etwa M ≃ 1,1 M ⊙ .$i=90^{\circ}$$i=83^{\circ}$$M \simeq 1.1M_{\odot}$

Die Ergebnisse sind

Planet | RV-Halbamplitude (m / s)

Quecksilber | $8.3\times 10^{-3}$

Venus | $8.1\times 10^{-2}$

Erde | $8.4\times 10^{-2}$

Mars | $7.5\times 10^{-3}$

Jupiter | $11.7$

Saturn | $2.6$

Uranus | $0.28$

Neptun | $0.26$

Die Grenzen dessen, was möglich ist, werden durch einen Planeten um Alpha Cen B gut veranschaulicht, von dem behauptet wird, dass er sich in einer 3-tägigen Umlaufbahn befindet und eine erdähnliche Masse aufweist ( Dumusque et al. 2012 und siehe exoplanets.org ). Die hier ermittelte Radialgeschwindigkeitshalbamplitude betrug $0.51\pm 0.04$m / s und einige Spektrographen, insbesondere die HARPS-Instrumente, liefern routinemäßig eine Präzision von unter 1 m / s. Damit wären Jupiter und Saturn nachweisbar, Uranus und Neptun befinden sich am Rande der Nachweisbarkeit (denken Sie daran, dass Sie über viele RV-Beobachtungen einen Durchschnitt bilden können), aber die terrestrischen Planeten würden nicht gefunden werden (für die Erddetektion wären Genauigkeiten unter 10 cm / s erforderlich. Denken Sie daran auch, dass die schwächeren Signale aufgrund der Jupiter- und Saturn-ähnlichen Planeten aus den größeren Signalen herausgearbeitet werden müssten.

$\sim 5$

Ein Bild, das die Situation veranschaulicht, kann von der Website exoplanets.org abgerufen werden, zu der ich Linien hinzugefügt habe, die ungefähr angeben, wo die RV - Halbamplituden für 10 m / s und 1 m / s genau wären (unter der Annahme der Alpha Cen A - Masse und Kreisbahnen). Ich habe auf der Erde, Jupiter und Saturn markiert. Beachten Sie, dass unterhalb der 1 m / s-Linie nur wenige Objekte entdeckt wurden. Beachten Sie auch das Fehlen von Planeten zwischen der 1-m / s- und der 10-m / s-Linie mit Perioden, die länger als ein paar Jahre dauern - die jüngste Zunahme der Empfindlichkeit muss erst noch zu Entdeckungen von Exoplaneten mit geringerer Masse und längerer Periode führen.

Fazit: Mit der Doppler-Technik wäre bisher nur Jupiter gefunden worden.

Transit-Techniken

Ich werde auch ein paar Kommentare zur Transit-Technik hinzufügen. Die Transiterkennung funktioniert nur, wenn sich die Exoplaneten vor dem Stern kreuzen. Daher sind hohe Neigungen zwingend erforderlich. Wer sich besser mit sphärischer Trigonometrie auskennt, sollte anhand der veröffentlichten Daten für das Sonnensystem herausfinden, wie viele (und welche) Planeten sich in einer höchst optimalen Ausrichtung bewegen. Angesichts der Tatsache, dass die Planeten Umlaufbahnneigungen mit einer Streuung von wenigen Grad aufweisen, lässt sich anhand einer einfachen Trigonometrie und eines Vergleichs mit dem Sonnenradius feststellen, dass diese Umlaufbahnen im Allgemeinen nicht alle für einen bestimmten Betrachtungswinkel durchlaufen. In der Tat sind einige der von Kepler entdeckten Mehrfachtransitsysteme viel "flacher" als das Sonnensystem.

Der Kepler-Satellit ist / war dank seiner sehr hohen photometrischen Präzision in der Lage, sehr kleine Planeten im Transit zu erfassen (der Flusseinbruch ist proportional zur Quadratwurzel des Exoplanetenradius). Das Bild unten, von der NASA Kepler - Team präsentiert (etwas veraltet jetzt), zeigt , dass Planetenkandidaten entdeckt worden , die auf die Größe des Mars sind unten. Diese befinden sich jedoch in der Regel in kurzen Umlaufbahnen, da ein Transit-Signal mehrmals gesehen werden muss, und Kepler untersucht dieses Himmelsstück etwa 2,5 Jahre lang (als dieses Diagramm erstellt wurde).

Unter diesem Gesichtspunkt wäre möglicherweise Venus gesehen worden, aber keiner der anderen Planeten konnte bestätigt werden.

Es gibt jedoch eine Falte. Alpha Cen A ist für solche Studien viel zu hell und viel heller als die Kepler-Sterne. Sie müssten ein spezielles Instrument oder ein Teleskop bauen, um nach Durchgängen um sehr helle Sterne zu suchen. Ein Teil dieser Arbeit wurde durch bodengestützte Erhebungen durchgeführt (hauptsächlich bei der Suche nach heißen Jupitern). Ein neuer Satellit namens TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite, gestartet im April 2018) ist eine zweijährige Mission, die sich darauf konzentriert, kleine Planeten (erdgroß und größer) um helle Sterne zu finden. Die meisten seiner Ziele (einschließlich Alpha Cen) werden jedoch nur ein bis zwei Monate lang beobachtet, sodass nur die inneren Teile ihrer Planetensysteme untersucht werden.

Erstens finde ich Rob Jeffries Antwort brillant. Ich füge nur ein paar Punkte hinzu, die erwähnenswert sein könnten.

Was könnten wir mit welchem ​​Teleskop erkennen?

Alpha Centauri A ist ein Doppelstern mit Alpha Centauri B und sie sind groß genug, um kein stabiles L4 oder L5 zu haben, sodass alles, was eine von ihnen umkreist, entweder sehr nah (Merkurabstand vielleicht Venus) oder sehr weit sein muss und sehr kalt, viel größer als die Entfernung von Pluto, die beide Sterne umkreist, wie es Proxima Centauri tut.

Wenn Sie einen Jupiter in die solare Umlaufbahn um A oder B bringen, würde der 3-Körper-Effekt mit ziemlicher Sicherheit eine wild instabile Umlaufbahn für den Planeten erzeugen, die wahrscheinlich nicht lange anhält. Eine Antwort auf diese Frage lautet also, dass unser Sonnensystem Art der Umlaufbahn um A oder B ist unmöglich.

Können wir Funkübertragungen und / oder Atmosphären erkennen?

Derzeit können wir die Atmosphäre nur sehr begrenzt und nur auf großen Planeten in der Nähe ihrer Sterne nachweisen. In dem Artikel heißt es jedoch, dass sie mit größeren Teleskopen unterwegs daran arbeiten. Vielleicht werden wir in ein paar Jahren etwas bekommen auf das für bewohnbare Zonenplaneten.

Erkennung der Exoplanetenatmosphäre

Bei Radiowellen und erwähnenswertem, sichtbarem Licht konnte ich keinen guten Artikel finden, aber wenn ein fremder Planet eine Nachricht in einem engen Strahl auf uns schießt, dann können wir das sicher erkennen, vorausgesetzt, sie schießen eine groß genug strahl, aber könnten wir eine andere erde mit unserem aktuellen ausgang erkennen? Ich glaube nicht, dass wir uns dieser Art von Erkennungstechnologie nähern.

(und wenn ich irgendetwas falsch verstanden habe, freue ich mich über eine Korrektur).

(Ich habe so etwas während eines von Karman-Vortrags von Neil Turner gefragt.)

Hat er dir geantwortet? Hat er etwas Gutes gesagt?

Neal Turners Antwort aus der "Geburt der Planeten" von Karman Lecture

Wie würden wir Planeten um eine weit entfernte, identische Kopie unseres Sonnensystems entdecken? Müssten unsere Planeten mithilfe der Transitmethode entdeckt werden?

Im Großen und Ganzen ja. Jupiter könnten Sie wahrscheinlich mit der Radialgeschwindigkeitsmethode erkennen, wenn Sie bereit sind, einen oder zwei Umlaufbahnen abzuwarten, damit Jupiter 12 Jahre lang um die Sonne geht.

Die anderen Planeten wären wirklich hart. Wenn sie übertragen werden, können Sie sie mit einer ähnlichen Technologie wie der unseren erkennen. Sie müssten Glück haben, denn unser Sonnensystem ist nicht so kompakt wie [andere, die von Kepler entdeckt wurden]. es ist ziemlich weit verbreitet. Wenn Sie einen Planeten ganz in der Nähe seines Sterns haben, haben Sie eine gute Chance, dass er sich entlang Ihrer Sichtlinie befindet, wenn er eine zufällige Ausrichtung hat. Wenn es sehr weit weg ist, gibt es viel mehr Möglichkeiten für seine Orientierung und es gibt eine viel geringere Wahrscheinlichkeit, dass Dinge zufällig sind und Sie es genau entlang Ihrer Sichtlinie bekommen.

Wenn jemand unseren Jupiter von einem nahe gelegenen Stern aus sieht, ist die Wahrscheinlichkeit, dass wir einen heißen Jupiter sehen, sehr viel geringer. Es gibt nur eine kleine Anzahl von Außerirdischen, die auf unser Sonnensystem schauen und es gerade durch Transite sehen.