Mit welcher Wellenlänge lässt sich der „9. Planet“ am besten erfassen?

14

Wir wissen, dass das reflektierte Sonnenlicht die Erkennung des 9. Planeten im sichtbaren Licht sehr erschwert. Gibt es eine andere Band, die es mit größerer Wahrscheinlichkeit entdecken wird? Wie hoch dürfte die Oberflächentemperatur dieses Objekts sein, und was würde das für die optimale Detektionswellenlänge bedeuten?

PearsonArtPhoto
quelle
11
Wenn es existiert .
David Hammen
3
Auch wenn es nicht existiert, hilft eine solche Frage zu entscheiden, ob es tatsächlich existiert.
PearsonArtPhoto
4
Das ist wirklich eine separate Frage, ich würde vorschlagen, dass Sie sich fragen, warum WISE dieses Objekt nicht erkannt hat, was zu interessanten Diskussionen führen könnte.
PearsonArtPhoto
4
Alle Wetten sind ungültig, wenn dieser angebliche neunte Planet ein magisch gefangener Schurkenplanet ist, der viel älter als das Sonnensystem ist. In diesem Fall ist es fast unsichtbar geworden.
David Hammen
3
@DavidHammen Ja, es gibt keinen "Saturn" innerhalb von 10.000 au. Aber dieser mögliche Planet 9 ist wahrscheinlich kein Gasriese. Wenn es nicht in irgendeiner Weise durch Radioaktivität oder Gezeiten signifikant erwärmt wurde (siehe Antworten unten), konnte es von WISE bei 1000 au möglicherweise nicht gesehen werden (seine Gleichgewichtstemperatur wäre zu niedrig). Vielleicht ist dies der Grund (ich habe noch kein Papier gesehen), warum die Autoren sagen, es ist wahrscheinlich kein Gasriese. Haben Sie eine Referenz / URL, unter der eine Berechnung für ein Neptun-großes Objekt in WISE durchgeführt wird? Ich kann nur Grenzen für Jupiter / Saturn finden.
Rob Jeffries

Antworten:

7

Direkte Reflexion des Sonnenlichts ist das wahrscheinlichste Szenario für eine Entdeckung des neunten Planeten, das jedoch nicht zutrifft, wenn das Objekt eine sehr niedrige Albedo aufweist. Ich nehme an, Sie interessieren sich dafür, welche Wellenlängen der Planet ausstrahlen würde.

Für die Oberflächentemperatur ist die Rotation des Planeten wichtig. Wenn es mit einer der Sonne zugewandten Seite verriegelt ist oder sich sehr langsam dreht, strahlt das Zentrum der der Sonne zugewandten Hemisphäre so viel Energie aus, wie es von der Sonne kommt. Bei 60 AE beträgt der Solarfluss ca. 0,38 W / m². Mit dem Stefan-Boltzmann-Gesetz erhalten wir eine Gleichgewichtsoberflächentemperatur von 51 K (das ist die höchstmögliche Oberflächentemperatur, vorausgesetzt, sie hat keine Atmosphäre). Das Wiener Verschiebungsgesetz besagt, dass die Strahlung eines 51-k-Objekts bei einer Wellenlänge von 57 µm (Infrarot) einen Spitzenwert aufweist.

Für einen rotierenden Körper beträgt die Äquatortemperatur 38 K bei einem Strahlungspeak von 78 um (immer noch Infrarot).

Unter Verwendung einer Albedo von 0,5 betragen die Peaks 68 um und 90 um für einen nicht rotierenden bzw. einen rotierenden Körper. Beachten Sie, dass dies nur für den Äquatorbereich gilt. Die tatsächliche Peak-Wellenlänge wird etwas höher sein und in das ferne Infrarotspektrum gehören. Auch die hohe Unsicherheit von Rotation, Albedo und Masse (Masse ist wichtig für die innere Wärme) macht es unmöglich, eine höhere Genauigkeit zu erzielen

60 au ist eine sehr optimistische Periheldistanz für den neunten Planeten. Bei einer realistischeren Distanz von beispielsweise 200 au ist es daher nicht möglich, sie im IR-Spektrum zu beobachten, wenn es keine signifikante interne Wärmequelle gibt.

Hohmannfan
quelle
Interessant, obwohl ich glaube, dass der radioaktive Zerfall unter anderem auch einen signifikanten Einfluss auf die Oberflächenwärme haben würde.
PearsonArtPhoto
Man muss berücksichtigen, wie schwierig es ist, irgendetwas bei diesen Wellenlängen zu messen. Sie benötigen für eine Sache ein funktionierendes kryogenes IR-Weltraumteleskop.
Rob Jeffries
2
Der mögliche Planet 9 ist viel weiter entfernt als 60 au? Es ist nur im IR erkennbar, wenn es eine interne Wärmeerzeugung aufweist.
Rob Jeffries
60 au ist der beste Fall
Hohmannfan
Ich muss sagen, ich habe noch nicht gehört, dass 60 AE verwendet werden, sogar als Periheldistanz. Die Zahlen, die ich gesehen habe, sind leicht in den Hunderten von AU. Ich bin neugierig, Ihre Quelle dafür zu kennen. Dies ist jedoch nur ein kleiner Punkt - vielleicht.
HDE 226868
8

Es wird angenommen, dass der mögliche Planet 9 etwa 10 Erdmassen umfasst und es unwahrscheinlich ist, dass er ein Gasriese ist (er kann der Kern eines "unterbrochenen" Gasriesen sein). Als solches erzeugt es selbst keine nennenswerte Leuchtkraft und würde einen felsigen oder wahrscheinlicher eisigen Charakter haben. Es würde also nur von reflektiertem Licht gesehen werden.

Die Überlegungen, nach welcher Wellenlänge gesucht werden soll, gleichen die Empfindlichkeit der vorhandenen Instrumente mit dem wahrscheinlichen Spektrum des Objekts aus. Dies hängt wiederum vom Sonnenspektrum und der Wellenlängenabhängigkeit des Reflexionsvermögens (Albedo) ab.

Bei den meisten eisigen Objekten, einschließlich Pluto- und Transneptun-Objekten, steigt das Reflexionsvermögen auf Rot und Nahinfrarot an, während das Sonnenspektrum bei kürzeren Wellenlängen einen Spitzenwert aufweist. Dies legt nahe, dass die Suche am besten mit optischen Breitfeldinstrumenten in den R- oder r'-Bändern bei etwa 600 nm durchgeführt werden kann.

Ein weiterer Faktor bei der Suche nach einem Kandidaten ist, dass Sie einen großen Bereich abdecken müssen. Dies ist nur bei optischen und NIR-Wellenlängen möglich, es sei denn, das Objekt war im mittleren IR hell genug, um in WISE angezeigt zu werden (was meiner Meinung nach gründlich überprüft wird). In einer Pressemitteilung habe ich gesehen, dass SUBARU für die Suche verwendet wird. Ich wette, sie verwenden das Halbgradfeld von Suprime-Cam bei optischen Wellenlängen und verfolgen keine COMICS-Mittel-IR-Abbildung mit einem 42x32- Bogensekundenfeld !

Angesichts der enormen Parallaxe und der erwarteten ordnungsgemäßen Bewegung sollte es einfach sein, einen Kandidaten zu bestätigen.

Rob Jeffries
quelle
Ich bin nicht sicher, ob kbo-Beobachtungen gültig wären. Es wird vorausgesagt, dass dieses Objekt viel größer ist als ein ...
PearsonArtPhoto
@PearsonArtPhoto Gestalten Sie Ihr eigenes Reflexionsspektrum. Selbst wenn es flach wäre, würde sich der Suchbereich möglicherweise nur auf die V- oder g'-Bänder verschieben.
Rob Jeffries
Das Reflexionsspektrum ist wahrscheinlich nahe, das gebe ich Ihnen, aber ich bin etwas skeptischer gegenüber den Möglichkeiten der thermischen IR-Detektion. Siehe meine Antwort.
PearsonArtPhoto
6

Es gibt zwei grundlegende Möglichkeiten, ein solches Objekt zu erkennen. Erstens ist es durch reflektiertes Sonnenlicht zu erkennen. Zweitens ist von der Wärme, die es erzeugt. Wir wissen bereits, dass das reflektierte Licht eines solchen Objekts wahrscheinlich um die 16,5-fache Stärke liegen würde. Um das Infrarot zu bestimmen, müssen wir die Temperatur schätzen

Die Temperatur hängt sehr stark von der Zusammensetzung ab. Nehmen wir der Einfachheit halber eine Zusammensetzung an, die der Erde ähnlich ist und ungefähr zur gleichen Zeit wie der Rest des Sonnensystems entstanden ist. Diese Annahmen mögen sich nicht als gültig erweisen, aber sie gehören zu den diskutierten Möglichkeiten. Laut Scientific America besteht die innere Wärme der Erde zu mindestens 50% aus radioaktivem Zerfall . Natürlich ist das nur die innere Wärme, nicht alles, was es an die Oberfläche schafft.

Dieser vorgeschlagene Planet ähnelt in gewisser Weise einem "Schurkenplaneten" , bei dem eine kleine Gasscheibe in einen Planeten ohne Stern eingebrochen ist oder aus ihrem Wirtssystem ausgestoßen wurde. Ein gutes Stück hängt auch davon ab, ob es einen beträchtlichen Mond des Objekts gibt. In diesem Fall würde eine Erwärmung durch Gezeiten die Temperatur des Objekts drastisch erhöhen. Eine solche Feststellung kann nicht ohne Beobachtung getroffen werden, ist aber möglich. Eine Atmosphäre würde auch helfen, den Planeten vor dem Einfrieren zu bewahren. Ein Papier zum Aufspüren von Schurkenplaneten stammt von Abbott und der Schweiz. Sie gehen davon aus, dass ein Objekt mit 3,5 Erdmassen nachgewiesen werden könnte, wenn es innerhalb von 1000 AE, insbesondere im fernen Infrarot, mit einer Oberflächentemperatur von etwa 50 K liegt.

Unterm Strich wäre es wahrscheinlich ratsam, sowohl im fernen Infrarot als auch im sichtbaren zu erkennen, auch wenn es selbst dann schwierig sein könnte. Angesichts der Parallaxe als Hauptbewegungsmittel sollte die Detektion an mehreren Punkten in der Erdumlaufbahn erfolgen. Wahrscheinlich sollte derselbe Punkt im Abstand von 90 Tagen abgesucht werden, um die maximale Bewegungsmöglichkeit zu erhalten, da die Parallaxe nur sichtbar wäre, wenn die Bewegung von Die Erde war senkrecht zur Position des Objekts.

PearsonArtPhoto
quelle
Eine dritte Methode wäre, mehrere weitere Kometen (oder TNOs oder KBOs) zu entdecken, deren Umlaufbahnen von diesem Neunten geformt wurden. Ein Planet wie dieser wird, auch wenn er nicht direkt beobachtet wird, realer, wenn die Beweise stapeln. Und IR-Vermessungsteleskope und möglicherweise andere Vermessungsteleskope in der Pipeline sollten die Erkennbarkeit ihrer "Opfer" um ein Vielfaches verbessern.
LocalFluff
Es stimmt, aber niemand wird es wirklich für gelöst halten, bis er es entdeckt hat. Alles, was weitere Beweise wirklich bewirken, ist, den Teil des Himmels zu verkleinern, um danach zu suchen.
PearsonArtPhoto
Ich glaube nicht, dass es Einrichtungen für Fern-IR-Erhebungen gibt, und dies muss berücksichtigt werden. Sicher, suchen Sie im Fern-IR, nachdem es gefunden wurde. Die Suche erfolgt laut Pressemitteilung mit Subaru. Ich vermute, sie verwenden das Halb-Grad-Feld der optischen SuprimeCam und nicht die 42 x 32 Bogensekunden der COMICS-Nah- und Mittel-IR-Kamera!
Rob Jeffries
Ich bin mir nicht sicher, wie realistisch dieser Ansatz ist, aber theoretisch könnten Sie Planet9 nicht finden, indem Sie nach versteckten Objekten suchen? Damit meine ich, machen Sie Vergleiche des Himmels und finden Sie Objekte, die fehlen, die normalerweise sichtbar sein sollten.
TryHarder