Standort des 9. Planeten?

Es ist zu dunkel, um während einer normalen Vermessung während des größten Teils seiner Umlaufbahn gesehen zu werden.

Update: Wissenschaftler der Universität Bern haben einen hypothetischen Planeten mit 10 Erdmassen in der vorgeschlagenen Umlaufbahn modelliert , um seine Erkennbarkeit genauer abzuschätzen als mein Versuch unten.

Die Erkenntnis ist, dass die WISE-Mission der NASA wahrscheinlich einen Planeten mit mindestens 50 Erdmassen in der vorgeschlagenen Umlaufbahn entdeckt hätte und dass keine unserer aktuellen Vermessungen die Chance gehabt hätte, einen Planeten mit weniger als 20 Erdmassen auf dem größten Teil seiner Umlaufbahn zu finden. Sie setzen die Planetentemperatur auf 47K aufgrund der Restwärme aus der Formation; was es im Infraroten 1000-mal heller machen würde als im sichtbaren Licht, das von der Sonne reflektiert wird.

Es sollte jedoch in Reichweite des LSST sein , sobald es fertiggestellt ist (Erstes Licht 2019, Normalbetrieb ab 2022); Die Frage sollte also in ein paar Jahren geklärt sein, selbst wenn sie weit genug von der von Batygin und Brown vorgeschlagenen Umlaufbahn entfernt ist, dass ihre Suche mit dem Subaru-Teleskop leer ausgeht.

Mein ursprünglicher Versuch, eine Schätzung der Nachweisbarkeit von Hand zu winken, ist unten. Das Papier gibt mögliche Orbitalparameter von an$400-1500~\textrm{AU}$für die große Halbachse und$200-300~\textrm{AU}$für Perihel. Da das Papier keinen wahrscheinlichsten Fall für Orbitalparameter angibt, werde ich mich für den Extremfall entscheiden, der es am schwierigsten macht, ihn zu finden. Nimmt man daraus möglichst exzentrische Werte, erhält man eine Umlaufbahn mit a$1500~\textrm{AU}$große Halbachse und a$200~\textrm{AU}$Perihel hat a$2800~\textrm{AU}$Aphel.

Um die Helligkeit eines Objekts zu berechnen, das mit reflektiertem Licht scheint, ist der richtige Skalierungsfaktor nicht a$1/r^2$Falloff, wie naiv angenommen werden könnte. Das ist richtig für ein Objekt, das sein eigenes Licht ausstrahlt; aber nicht für einen, der durch reflektiertes Licht scheint; für diesen Fall das gleiche$1/r^4$eine Skalierung wie bei einem Radarecho ist angemessen. Dass dies der richtige zu verwendende Skalierungsfaktor ist, kann anhand der Tatsache überprüft werden, dass Neptun trotz ähnlicher Größe so ist$\sim 6x$dunkler als Uranus, obwohl er nur ist$50\%$weiter weg:$1/r^4$Skalierung ergibt a$5x$Dimmfaktor vs$2.25$Pro$1/r^2$.

Damit ergibt sich eine Dimmung von 2400x bei$210~\textrm{AU}\;.$Das macht uns fertig$8.5$Größenordnungen von Neptun am Perihel oder$16.5$Größe.$500~\textrm{AU}$bringt uns dazu$20$th Magnitude, während a$2800~\textrm{AU}$Aphelion blendet reflektiertes Licht um fast ab$20$Größenordnungen zu$28$Größe. Das entspricht den schwächsten Sternen, die von einem 8-Meter-Teleskop sichtbar sind ; was seine Nichtentdeckung viel weniger überraschend macht.

Dies ist so etwas wie eine unscharfe Grenze in beide Richtungen. Restenergie aus Formation/radioaktivem Material in seinem Kern wird ihm eine gewisse angeborene Leuchtkraft verleihen; Bei extremen Entfernungen kann dies heller sein als reflektiertes Licht. Ich weiß nicht, wie ich das einschätzen soll. Es ist auch möglich, dass die extreme Kälte der Oortschen Wolke ihre Atmosphäre ausgefroren hat. In diesem Fall wäre sein Durchmesser viel kleiner und die Verringerung der reflektierenden Oberfläche könnte ihn um eine oder zwei weitere Größenordnungen verdunkeln.

Da ich nicht weiß, welche Art von Anpassung hier vorgenommen werden soll, gehe ich davon aus, dass sich die beiden Faktoren vollständig aufheben, und belasse die ursprünglichen Annahmen, dass es so viel Licht wie Neptun reflektiert und reflektierendes Licht die dominierende Beleuchtungsquelle für den Rest meiner Berechnungen ist .

Als Referenz haben Daten aus dem WISE - Experiment der NASA einen Saturn-großen Körper im Inneren ausgeschlossen$10,000~\textrm{AU}$von der Sonne.

Es ist wahrscheinlich auch zu schwach, um durch Eigenbewegung erkannt zu werden; Wenn wir jedoch seine Umlaufbahn genau festlegen könnten, könnte Hubble seine Bewegung bestätigen.

Die Orbitalexzentrizität kann wie folgt berechnet werden:

Einsetzen der Zahlen ergibt:

Stecken$200~\textrm{AU}$und$e = 0.867$in einen Kometenumlaufrechner gibt a$58,000$Jahr Umlaufbahn.

Das ergibt zwar eine durchschnittliche Eigenbewegung von$22~\textrm{arc-seconds/year}\;,$Da die Umlaufbahn sehr exzentrisch ist, variiert ihre tatsächliche Eigenbewegung stark, aber sie verbringt den größten Teil ihrer Zeit weit entfernt von der Sonne, wo ihre Werte am niedrigsten sind.

Keplers Gesetze sagen uns, dass die Geschwindigkeit am Aphel gegeben ist durch:

wo$v_a$ist die Aphelgeschwindigkeit in$\mathrm{m/s}\;,$ $a$ist die große Halbachse in$\mathrm{AU},$und$e$ist orbitale Exzentrizität.

Um die Eigenbewegung zu berechnen, müssen wir zuerst die Geschwindigkeit in Einheiten von umrechnen$\textrm{AU/year}:$

Um daraus eine richtige Bewegung zu erhalten, erstellen Sie ein Dreieck mit einer Hypotenuse von$2800~\textrm{AU}$und eine kurze Seite von$0.043~\textrm{AU}$und dann Trigonometrie verwenden, um den engen Winkel zu erhalten.

Dies liegt gut innerhalb der Winkelauflösung von Hubble$0.05~\textrm{arc seconds};$Wenn wir also genau wüssten, wo wir suchen müssen, könnten wir seine Umlaufbahn bestätigen, selbst wenn er sich in der Nähe seiner maximalen Entfernung von der Sonne befindet. Seine extreme Lichtschwäche in den meisten seiner Umlaufbahnen bedeutet jedoch, dass es unwahrscheinlich ist, dass er bei einer Untersuchung gefunden wurde. Wenn wir Glück haben und es drinnen ist$\sim 500~\textrm{AU},$es wäre hell genug, um von der ESA- Raumsonde GAIA gesehen zu werden, in diesem Fall werden wir es in den nächsten Jahren lokalisieren. Leider ist es wahrscheinlicher, dass alles, was die GAIA-Daten tun, darin besteht, den Mindestabstand leicht einzuschränken.

Seine Parallaxenbewegung wäre viel größer ; Die Herausforderung, es überhaupt zu sehen, würde jedoch bestehen bleiben.

Die Position des hypothetischen Objekts ist nicht mit Sicherheit bekannt, daher ist es schwierig zu wissen, wohin Sie Ihr Teleskop richten sollen.

Das Papier schlägt eine breite Palette von Umlaufbahnabständen zwischen 400 und 1500 AE großer Halbachse mit einem Perihel (sonnennächste Annäherung) von 200-300 AE vor. Das ist 8 Mal so weit wie Neptun. (Ich habe den Artikel nicht genau genug gelesen, um festzustellen, ob sich der Körper derzeit in der Nähe des Perihels befindet oder nicht; er könnte über 1000 AE entfernt sein, das 30-fache der Entfernung von Neptun.)

Bei einer Masse von 10 Erden würden wir erwarten, dass der Körper etwa das 2-5-fache des Erdradius hat – etwas kleiner als Neptun.

Die Kombination aus Entfernung und Größe deutet darauf hin, dass der Körper viel schwächer als Neptun, nicht heller als 16,5 Magnituden am Perihel und wahrscheinlich viel dunkler sein würde.

Unter Berufung auf den Originalartikel :

Wir stellen fest, dass die beobachtete Bahnausrichtung durch einen entfernten exzentrischen Planeten mit Masse aufrechterhalten werden kann$\geq \approx 10$m⊕, deren Umlaufbahn ungefähr in derselben Ebene liegt wie die der entfernten KBOs, deren Perihel jedoch um 180° von den Perihelen der Nebenkörper entfernt ist.

und

Wie bereits oben angedeutet, ist der genaue Bereich von Störparametern, der erforderlich ist, um die Daten zufriedenstellend zu reproduzieren, gegenwärtig schwer zu diagnostizieren. Tatsächlich ist zusätzliche Arbeit erforderlich, um die Kompromisse zwischen den angenommenen Orbitalelementen und der Masse zu verstehen und um Bereiche des Parameterraums zu identifizieren, die mit den vorhandenen Daten nicht kompatibel sind.

Das Herausfinden wahrscheinlicher Umlaufbahnparameter ist also in Arbeit.

Batygin und Brown haben eine Website erstellt , die die Suche nach dem 9. Planeten in klaren Worten beschreibt. Sie weisen insbesondere auf Folgendes hin:

Perihel (seine nächste Annäherung an die Sonne) bei etwa einer Rektaszension am Himmel von 16 Stunden, was bedeutet, dass die Perihelposition Ende Mai direkt über uns ist. Umgekehrt erreicht die Umlaufbahn Ende November das Aphel (den am weitesten von der Sonne entfernten Punkt) bei etwa 4 Stunden oder direkt über uns.

Um danach zu suchen, sollte man also entlang der Ekliptik suchen und sich Ende November hauptsächlich auf den Bereich direkt über uns konzentrieren. Beachten Sie, dass dies der Teil des Himmels ist, in dem auch das galaktische Zentrum erscheint. Die Neigung wird auf 30 Grad geschätzt, plus oder minus 20, so dass auch die Entfernung von der Ekliptik gesucht werden sollte.

Wenn Sie Zugang zu einem ausreichenden Teleskop hätten, könnten Sie es theoretisch sehen, wenn Sie an der richtigen Stelle suchen (obwohl niemand weiß, wo die richtige Stelle sein könnte). Aber wenn es sich irgendwo in der Nähe des Aphels befindet, gibt es nur eine Handvoll ausreichender Teleskope auf der Welt (sagen wir einen 8-m-Spiegel oder größer), daher halte ich es für höchst unwahrscheinlich, dass Sie Zugang zu einem davon haben.