Küsimus:
Millal on meil tehnoloogia eksoplaneedi otsese jälgimiseks märkimisväärse selgusega?
Fezter
2013-07-18 09:18:46 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kas praegu on käimas teleskoobi väljatöötamise projektid, mis suudavad eksoplaneeti otse ja selgelt jälgida?

Ma ei mõtle selliseid uduseid (kuid muljetavaldavaid) pilte nagu see:

enter image description here

Aga võib-olla midagi sellist, kus näeme tegelikke omadusi pinnal või atmosfääris.

Mõistan, et see ei pruugi tavapäraste teleskoopidega võimalik olla, kuid mõtlesin, milliseid tehnoloogiaid oleks vaja, et näha eksoplaneedil oleva pinna või atmosfääri tunnuseid 5–50 valgusaasta kaugusel Maast.

Kui praeguseid projekte pole pooleli, siis millal oleks sellise teleskoobi nägemiseks mõistlik ajakava?

Pole vastus, aga mõtlesin, et postitan selle ikkagi. James Webb käivitatakse 2018. aastal, kuid see ei näe planeetidel palju. http://jwst.nasa.gov/faq.html#planets, kuid see analüüsib mõnda kauget planeedi atmosfääri ja vett (kerige alla punktini 4) http://news.nationalgeographic.com/news/2014/02/140204- nasa-james-webb-space-telescope-top-science / ja 2018 pole liiga kaugel, kui kõik õnnestub.
This question has excellent answers already, but I'd like to add a short comment to put things into perspective: If you would aim the Hubble telescope at the moon (which is ~1 light second away), an Apollo landing site would look like [this](http://www.lpi.usra.edu/images/sapo/sapo_S24.gif). Now imagine what it would take to "see" anything of the surface of a planet that is several light *years* away...
fwiw, [see artikkel] (http://online.liebertpub.com/doi/pdf/10.1089/ast.2009.0371) hõlmab otseste eksoplaneedi vaatluste pikaajalisi väljavaateid
@collapsar See paber väärib kokkuvõtet vastusena!
Dokumendis: [Tähevalguse sära tuvastamine kaugete planeetide ookeanidel] (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0019103508000407) selgitatakse, kuidas me võime neid valgust jälgides üksikasjalikult iseloomustada kõverad, kui nad esitavad meile erinevaid faase
Kolm vastused:
#1
+24
SF.
2013-07-18 12:19:27 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kardan, et see oleks äärmiselt keeruline - lihtsalt fotode arv, mis peegeldub planeedi pinnalt ja jõuab tahke foto tähtaja jooksul Maale (ja teleskoobiläätsele, nii suurele kui ka teisele), on tähendusliku pildi loomiseks liiga väike.

Planeedid pole paigal; nad tiirlevad oma tähtede ümber ja see tähendab, et pika säritusega foto näitab neid suusaradadena. Muidugi võiks teleskoobi panna jälgima orbiidi liikumist ja me saaksime lõpuks saavutada planeedi ketta pildi. Kuid kahjuks pöörlevad nad ka oma telje ümber ja see tähendab, et me ei saa nende pinnapilte, vaid lihtsalt hägused jooned plaadi ümber. Kui oleksime piisavalt targad, saaksime teha samal ajal planeedi "päeval" mitu korda lühiajalisi fotosid ja neid kombineerides võime saada seda, mida tahame - eeldusel, et saame kuidagi aru, kui kaua antud planeedi "päev" " on. Kuid see on mõeldud ainult õhukese atmosfääriga või õhukese planeediga. Kui planeedil on ilm - see on lõpp, pole see üldse korratav.

Nii et seal on meil juba kaks tehnikat eksoplaneetidest korralike fotode tegemiseks. Esimese - saatke sinna sond, laske sellel fotosid teha ja naaske - valmimiseks kuluks tuhandeid aastaid. Teine - ehitage piisavalt suure objektiiviga teleskoop, et jäädvustada piisavalt planeetilt peegelduvaid footoneid aja jooksul, mis ei hägustaks pinda tundmatuseni - see maksaks 100 miljardit dollarit. James Webbi kosmoseteleskoop (maailma suurim kosmoseteleskoop) maksab ligi 20 miljardit dollarit ja ei suuda eksoplaneete lahendada.

EDIT: Seda saaks tegelikult teha mõnevõrra mõistlikuma eelarve piires. Te vajate ülitäpset (mitte tingimata tohutu objektiivi suurus = heledus) teleskoopi, mille sensor on võimeline registreerima eraldi footoneid, mitte nende summat aja jooksul - "filmi salvestamiseks", selle asemel, et lihtsalt fotot omandada. Teleskoop peaks ikkagi jälgima planeedi orbiiti, kuid vaatluste pika aja registreerimine ja mõõtmiste autokorrelatsioonifunktsiooni kasutamine võib määrata antud planeedi pöörlemisperioodi (päeva pikkuse) - maastiku spetsiifilised tunnused ilmuksid regulaarselt teatud kohtades intervallid (ühe päeva vahega), luues tsüklilise funktsiooni üldises müras. Teades iga footoni "päeva pikkust" ja täpset aega, võiksite kõik mõõdetud punktid aja jooksul ümber pöörata nende õigesse pöörleva sfääri kohta ja nii saaksite kogu pinna pildi uuesti luua - sarnaselt sellele, kuidas kaasaegne fotokaamera kasutab oma liikumist kiirendusmõõturite salvestatud tee staatilise pildi loomiseks värisevast käest tehtud pika säritusega fotolt.

Muidugi vajavad see ikkagi teleskoobi kui kõik muu, mis meil on, kuid see on meie kaasaegsele tehnoloogiale hästi kättesaadav ja seda mitte liiga suure eelarvega.

Võite kasutada ka mingisugust arvutust, mis suudab puuduvad tükid täita saadud teabe põhjal ...
#2
+20
mins
2015-07-24 23:28:50 UTC
view on stackexchange narkive permalink

enter image description here

Praegu ei ole võimalik planeedi üksikasju hankida eemalt, nagu valgusaasta või rohkem. Lisaks pole allpool nimetatud projektide eesmärk saada pinnalt häid pilte, vaid ainult avastada eksoplaneete ja teha põhilisi mõõtmisi. Põhjuseks on see, et pinnast üksikasjalike piltide saamine ületab praeguse tehnoloogia ja teadusuuringute võimalused.

Kosmoseteleskoobi Hubble jõudlus on parem kui mis tahes muu kohapeal atmosfääri häirete puudumiseni. Sellest õhuvabast keskkonnast võidaks ka kosmoses olev interferomeeter. See viis mitme kontseptsioonini:

enter image description here
Allikas: Agence Science-Presse.

  • Darwin tühistati 2007. aastal
  • kosmoseinterferomeetria missioon ( SIM), tühistati 2010. aastal.
  • maapealse planeedi leidja ( TPF), tühistati 2011. aastal.
  • Labeyrie hüperteleskoop, rahastamata.

Darwini artikkel Wikipedias võtab kokku tehnoloogilised raskused :

nanomeeter. Vaja oleks olnud mitmeid üksikasjalikumaid uuringuid, et teha kindlaks, kas sellise täpsusega võimeline tehnoloogia on tegelikult teostatav.

Väikese näiva suurusega objekte saab paremini jälgida astronoomilise interferomeetria abil, kuid praegune tehnoloogia võimaldab saate ainult mõnest suurest ja ülieredast objektist ligikaudse pildi.

Maataolisel planeedil, mis asub ühe valgusaasta kaugusel, on näiv suurus, mis sarnaneb ε Aurigaega, kuid eksoplaneetide nõrkus takistab praegu nende pinnal detailide nägemist: Särituse suurendamine võimaldab vähese valguse tingimustest üle saada, kuid hägustab pilt näilise liikumise tõttu.

Sondide saatmiseks ja fotode tegemiseks pole praegu ka alternatiiv, 1977. aastal turule tulnud Voyager 1 ja 2 on just meie enda päikesesüsteemi piiril, 10 000 tuhat kaugus lähima eksoplaneedini.


enter image description here

Enamik tuhandest juba avastatud eksoplaneedist on tuvastatud kaudsete meetoditega, nagu kesktähe heleduse langus orbiidil oleva planeedi transiidi ajal. Küsimus viitab erandjuhule, IR spektri massiivse planeedi otsesele vaatlusele.

Objekti vaatlemisel on kaks määravat elementi:

  • objekti näiline suurus või nurga suurus .
  • objekti näiline heledus

näiline suurus

sellel pildil on kolme objekti nurga suurus , ja neid nähakse sarnaselt:

enter image description here

Selle valemi järgi:

  θ = 2 • arktaan (½ • d / D )  

Maa läbimõõduga d planeedi nurga suurus D-l 1 l kaugusel on 0,3 milliarcsecec (mas)

Selle planeedi nägemiseks ühe pikselina, võimalikult madala detailsusastmena, peab teleskoop lahendama 0,3 massi.

Nurga eraldusvõime ühe teleskoobi abil

Vastavalt Rayleigh 'piirile on λ lainepikkusel lahendatava nurga suurus θ läbimõõduga d peegliga teleskoop:

  θ ° = 70 * (λ / d)  

0,3 massi eraldamiseks nähtava spektri keskel peab teleskoobi peegli läbimõõt olema 500 m.

Tulemus oleks selline:

Kui teleskoobi läbimõõt oleks 2 km, siis planeedi pikslite arv oleks ikkagi ainult 4x4. See tähendab, et teadlased pole kaugeltki võimelised ehitama teleskoopi, mis näitaks mõne valgusaasta jooksul planeedi üksikasju. Ka see ühe valgusaasta vahemaa on puhtalt arutelu jaoks, sest lähim täht on juba 4,2 l kaugusel

Nurkeraldusvõime sünteesiava ja interferomeetria abil

Kui kahte 1 m läbimõõduga instrumenti liigutatakse 10 m võrra eemale ja nende kujutised ühendatakse nii, et nad saaksid segada, on saadud eraldusvõime 10 m instrumendi oma. Instrumentide vahelist kaugust nimetatakse baasjooneks . Mis puutub lahutusvõimsusse, siis süsteem käitub nagu üks põhiseadme suurune instrument.

Esimest interferomeetrit kasutati astronoomilistel eesmärkidel 1920. aastal.

Häireid tekitab piltide faaside erinevus ja baasväärtuse jaoks vajalik täpsus on murdosa lainepikkusest. Pikki baasjoone on raadioteleskoopide jaoks lihtsam ehitada kui optiliste teleskoopide jaoks. Optiline interferomeetria ei olnud hiljuti tegelikult tõhus.

Võrdle VLA (raadioteleskoop) ja VLTI (optiline teleskoop) suurust:

enter image description here enter image description here

Optimaalse astronoomia parim resolutsioon saavutatakse massiivi CHARA interferomeetriga MIRC Mount Wilsoni vaatluskeskus.

Vaadake jaotisest lühike vastus ε Aurigae pilti ja lisateavet astronoomilise interferomeetria kohta.

Interferomeetria ruumis

Kosmoseteleskoobi Hubble jõudlus atmosfääri häirete puudumise tõttu on parem kui mis tahes ekvivalendil maapinnal. Sellest õhuvabast keskkonnast võidaks ka kosmoses olev interferomeeter. ESA uuris projekti Darwin eksoplaneedi otsingu perspektiivis:

enter image description here
Allikas: Agence Science-Presse.

Kuid projekt on 2007. aastal peatatud. Alates Wikipediast.

Kujutise loomiseks oleksid teleskoobid pidanud töötama koos teleskoopide vaheliste vahemaadega. mõne mikromeetri täpsusega ning teleskoopide ja vastuvõtja vahelist kaugust umbes ühe nanomeetri täpsusega. Selleks, et teha kindlaks, kas sellise täpsusega võimeline tehnoloogia on tegelikult teostatav, oleks vaja olnud mitu üksikasjalikumat uuringut.

Sarnased projektid:

  • maapealse planeedi leidja ( TPF), tühistati 2011. aastal.
  • Kosmoseinterferomeetria missioon ( SIM), tühistati 2010. aastal.
  • Labeyrie hüperteleskoop, pole rahastatud.

Näiline heledus

Planeet ei loo valgust, vaid peegeldab ainult oma päikese valgust, mingil määral.

Planeedi peegelduv valgus on proportsionaalne tema päikese, albedo (peegelduvuse) ja raadiusega.

enter image description here enter image description here
Allikas

Nagu ülaltoodud piltidel näha, määravad orbiidi kalle ja faas ka peegelduva valguse hulga.

Tegelikult on valguse heledus eksoplaneet on vaid tuhandikosa tema päikesest ja on parimate andurite tundlikkuse tasemest tunduvalt madalam. Ainult väga pikad kokkupuuteajad suudavad pärast kogunemist tuvastada nõrga valgusvihu, kuid planeedi suhtelise liikumise tõttu on detailid hägused.

Ainult kõige eredamad tähed saadavad piisavalt footoneid, et mõned detailid oleksid nähtavad. Sama nurga suurusega eksoplaneedi üksikasju pole näha.

Kuigi lahutusvõimsust parandatakse interferomeetria meetodite abil, ei kehti see parameeter kogutud footonite koguse kohta. Üksikute teleskoopide tegelik ava määrab kogutud valguse hulga.

Eksoplaneetide otsese pildistamise raskused hõlmavad ka tähe ja planeedi suurt kontrasti. Tuvastamise parandamiseks kasutavad mõned teleskoobid koroonalõiku, mis peidab tähe pildistajani.

Teleskoop ei pea siiski olema 500 m läbimõõduga ketas. Vähemalt minu (tõsi küll, piiratud) arusaamast optikast võiks see olla kaks (või enam) peeglit, mis on eraldatud suure vahemaaga, kasutades kiirte kombineerimist jne. Ehk siis kaks Hubble'i ekvivalenti, mis on paigutatud Maa / Päikese L4 ja L5 punktidesse?
@jamesqf Jah, see on [VLT] (https://et.wikipedia.org/wiki/Very_Large_Telescope) või mõne muu interferomeetri põhimõte. Kuid peate ühendama kõigi üksikute peeglite vastuvõetud valguskiired, seda ei saa nõutava tohutu täpsuse tõttu teha pikki vahemaid ja tõenäoliselt mitte ruumis. Ka interferomeetritel on suur probleem heledusega, kuna kogutud footonite kogus sõltub peeglite * tegelikust * alast.
Kõhkelt ütlen, et kõik täpsusega seonduv on võimatu. Mis puutub piisavalt footonite kogumisse, siis arvan, et ülaltoodud pilt tõestab, et see on praeguse tehnoloogiaga käeulatuses.
Sellele mõne kõva numbri lisamiseks lahutades [Gilese 674b] (https://et.wikipedia.org/wiki/Gliese_674) (15 l kaugusel läbimõõduga 1,1x Jupiter) kui 10 pikslit (umbes piisavalt, et märgata) Jupiteri moodi atmosfääriribad) vajab umbes 11 000 meetri pikkust peeglit.
@jamesqf: Tulevased avastused võivad lubada pika algtaseme interferomeetriat nähtavas spektris, kokku lepitud. Maa kujutise lasi Voyager 1 40 AU kaugusele, kuid lähim eksoplaneet on 300 000 AU kaugusel.
@Mark ei pea see siiski olema üks kindel peegel. Midagi sellist nagu ALMA satelliitide tähtkujuna suudab seda teha. 20–30 aasta pärast on signaalide ühendamise tehnoloogia käes. Veel mitte.
@mins tänan teid, et leidsite aega selle kõige kokku panemiseks. Taas on SX SE-s heade asjade lugemine varjutanud veel ühe suurepärase päeva!
@uhoh: Mul on selle pärast väga kahju ... Ma hindan, et leidsite aega lahke kommentaari postitamiseks! Sellegipoolest on [SF vastuse] lõpus oleval redigeerimisel (http://space.stackexchange.com/a/361/7017) lootust: footonite kuhjumine aja jooksul.
@mins mõtlesin teile lihtsalt kaudsel viisil komplimente teha. Ma viitasin ülipopulaarsele raadiosaatele nimega "Autovestlus" - see lõppeks alati fraasiga "olete raisanud veel * täiesti hea tund * autovestlust kuulates". Teie vastus on suurepärane ja ma hindan väga selle lugemist ja kogu asja üle mõtlemist. Aitäh!
@uhoh: Ma ei teadnud viidet autovestlusele, kuid olin jõudnud järeldusele, et see võib olla ainult huumor ja vastasin ka teisel astmel! Aitäh veel kord!
#3
  0
Herman
2018-06-20 16:38:12 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Aastal 2020.

Starshade (teise nimega New Worlds Mission) on suure okulteriga kosmoseteleskoop, mis suudab lennata ja blokeerida tähe valguse, et tema teleskoop saaks pildistada ümbritsevaid eksoplaneete:

Okklari kuju on selline, et servade ümber veritsevad valguslained tühistavad üksteise.

Artist depiction

Ees on planeedil Tähevarjude reas mitu missiooni. Kõigepealt vaatas Kepleri missioon ühte taevaosa, et teada saada, kas eksoplaneedid on levinud (nad on). Teiseks skannib TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) kogu öötaeva, et teha kataloog kõigist lähedal asuvatest eksoplaneetidest; et valida kõige huvitavamad. Kolmandaks teeb James Webbi teleskoop huvipakkuvate eksoplaneetide vastuvõtvatähtedest paremaid pilte; nii saame valguse interferomeetria abil näha nende atmosfääri moodustumist. Ja alles siis alustavad nad Uute maailmade missiooni eksoplaneetide pildistamiseks.

Exoplanet missions

Projekti on arendatud alates 2005. aastast ja mõnede prognooside kohaselt oli selle käivitamise kuupäev 2020.

eeldatav detailide hulk sõltub kasutatavast teleskoobist. 750 miljoni USA dollari eest saate lihtsalt okulteri, mida kasutatakse koos James Webbi teleskoobiga. Selle missiooni jaoks on see oma teleskoop, mis peaks pilte paremaks muutma, kuid hinnakaart on 3 miljardit USA dollarit. Mõlemal juhul on saadud pildid pettumust valmistavad mitte-astronoomidele; kui nende kahe eksoplaneedi otsene valguskujutis on mingiks näitajaks. Oluliste üksikasjade saamiseks vajate ruutkilomeetrite kogumisala. Kuigi ma olen kunagi lugenud, et mitme okultisti ja teleskoobi abil on võimalik saavutada tõeline eksoplaneedi kujutis, on see minul siiski üle jõu; ja ma ei leia selle väite allikat enam.

European Southern Observatory infrared image of 2M1207 (bluish) and companion planet 2M1207b (reddish), taken in 2004. Euroopa Lõunaobservatooriumi infrapunapilt 2M1207 (sinakas) ja kaasplaneedist 2M1207b (punakas), tehtud 2004. aastal.

Tähevari aitab meil näha planeeti, ilma et teleskoobi takistaks planeedi tähe valgus. See ei aita meil näha nende planeetide üksikasju.
On tore, kui keegi taaselustab vana küsimuse uue huvitava vastusega! Kas saaksite pöörduda "... millegi poole, kus näeme tegelikke jooni pinnal või atmosfääris". otse? Kas need projektid * võimaldaksid kujutada funktsioone eksoplaneetidel * või oleks neil lihtsam neid tuvastada ja spektroskoopia jaoks valgust koguda?
Ükski neist projektidest ei suuda ühelgi planeedil eristada jooni. 1.) Tehnoloogiliselt on meil veel minna suurusjärkudeni. 2.) Need otseselt kujutatud planeedid on kaugel orbiidil olevad gaasigigandid, millel võiksid olla kohad või ribad, kuid pinda pole.


See küsimus ja vastus tõlgiti automaatselt inglise keelest.Algne sisu on saadaval stackexchange-is, mida täname cc by-sa 3.0-litsentsi eest, mille all seda levitatakse.
Loading...