Welchen der Planeten könnten wir heute nur anhand der Bewegungen der Sonne erkennen?

Es ist schwierig, harte Zahlen darüber zu erhalten, wie genaue Messungen wir von aktuellen Systemen erhalten können, die an die Sonne statt an weit entfernte Sterne angepasst sind, und grenzen an unmöglich. Aber wir können Daten über die relative Schwierigkeit der Planeten des Sonnensystems erhalten.

Zunächst einmal können wir etwas für Merkur und Venus schummeln, da sie gelegentlich vor der Sonne stehen. Angesichts Ihrer 20-jährigen Beobachtungsspanne haben Sie mehrere Merkurtransite beobachtet. Venustransite hingegen finden ungefähr zweimal im Jahrhundert statt, und daher hatten Sie eine Chance von weniger als 50 %, einen zu beobachten, obwohl Sie in den letzten zwei Jahrzehnten zwei davon hatten.

Die Doppler -Erkennung beruht darauf, dass der Planet seinen Stern leicht hin und her bewegt, wodurch das Licht von ihm in der Wellenlänge variiert.

Damit ein Planet leicht zu erkennen ist, möchten wir daher, dass der Unterschied zwischen der Bewegung der Sonne auf uns zu und von uns weg so groß wie möglich ist. Der Abstand der größeren Objekte zum Schwerpunkt wird durch den Anteil der kleineren Objekte an der Masse bestimmt. ( das µ ) Die Objekte im Sonnensystem haben im Vergleich zur Sonne eine vernachlässigbare Masse, daher ist der Radius der Umlaufbahn der Sonne um das Baryzentrum proportional zur Masse des Planeten und der Entfernung von der Sonne. In einem Zweikörpersystem liegen die beiden Körper und der Schwerpunkt immer auf einer geraden Linie, daher ist die tatsächliche Geschwindigkeit auch proportional zu der des Planeten. Die Kombination dieser Parameter für alle Planeten des Sonnensystems ergibt die folgende Liste relativer Dopplerverschiebungen: Jupiter: 1,00 Saturn: 0,41









Neptun: 0,13
Uranus: 0,088
Erde: 0,0014
Venus: 0,00095
Mars: 0,00018
Merkur: 0,000047

Zum Vergleich: Die Werte für Pluto und Ceres sind 0,000019 bzw. 0,00000034.

Die Parameter für den relativ kleinen Gliese 581c ergeben auf dieser Skala etwa 0,25, was darauf hinweist, dass Außerirdische mit den Fähigkeiten der aktuellen Erdtechnologie Jupiter und Saturn in unserem Sonnensystem entdecken könnten.

Ein wichtiger Hinweis ist, dass Sie ab Saturn und außerhalb aufgrund ihrer langen Umlaufzeiten nicht in der Lage sind, den gesamten Doppler-Verschiebungszyklus in 20 Jahren zu beobachten. Außerdem können Sie Daten von mehreren Umdrehungen der inneren Planeten erhalten, was es einfacher macht, die Beobachtungen zu bestätigen.

Das kombinierte Signal aller Planeten des Sonnensystems voneinander zu trennen, ist eine Aufgabe, die eine Fourier-Transformation erfordert.

Ich habe einige rohe Zahlen von https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/ massiert.

Für jedes Körper-Sonne-Paar ist die Geschwindigkeit der Sonne die Geschwindigkeit des Planeten multipliziert mit dem Verhältnis der Massen, da sie um ihren Massenmittelpunkt kreisen. Die Eclipse-Tiefe ist nur das Verhältnis der Durchmesser.

Jupiter führt bei weitem zu der größten Geschwindigkeit, obwohl die Amplitude der Bewegung für die anderen drei immer noch ziemlich groß ist, obwohl sie nicht leicht zu erkennen ist, wenn es sich um ein entferntes Sonnensystem handelt.

Für Transite haben die vier äußeren Planeten jeweils Finsternistiefen von etwa 1,3 bis 10,6 Promille.

                      Mercury   Venus    Earth    Mars   Jupiter  Saturn  Uranus  Neptune

mass (e+24 kg)         0.330    4.87     5.97     0.642    1898     568    86.8    102 
orbit (e+08 km)        0.58     1.08     1.50     2.28     7.79    14.3   28.7    45.0
speed (km/s)           47.4     35.0     29.8     24.1     13.1     9.7    6.8     5.4
diameter (km)          4879   12,104   12,756     6792  142,984 120,536 51,118  49,528

mass ratio (e-07)      1.66     24.5     30.0     3.23     9542    2856    436.    5.13
Sun's vel   (m/s)      0.008,   0.086    0.089   0.0078    12.5    2.77     0.30   0.28 
Sun's orbit (e+08 km)  0.0001   0.0026   0.0045  0.0007     7.43   4.09     1.25   2.31 
eclipse depth (ppm)    12       7.6      84      24       10,566   7,509   1,350  1,268

Radialgeschwindigkeit (Doppler)

Laut Radialgeschwindigkeiten als Methode zur Entdeckung von Exoplaneten

Seitdem wurde diese Technik extrem ausgeweitet. Modernste stabile Radialgeschwindigkeitsmesser regeln heute Schwingung, Temperatur und Druck von Spektrographen mit höchster Präzision mittels Kryostaten und Vakuumkammern. Die verbleibenden unvermeidbaren Änderungen im Spektrographen (z. B. durch langsame Änderungen in der Kristallstruktur der beteiligten Metalle oder unregelmäßige Wärmeabgaben der Detektorelektronik) werden über Emissionsquellen wie Laserfrequenzkämme verfolgt, die mit Atomuhren synchronisiert sind und liefern im Wesentlichen perfekte Wellenlängenreferenzen.

Stand der Technik sind heute die Spektrographen HARPS (Queloz et al. 2001b) und ESPRESSO (Pepe et al. 2010) der ESO, die unterhalb der 1 m/s-Grenze stabil sind (letzterer strebt eine Genauigkeit von 10 cm/s an). .)

Es sieht also so aus, als könnten Jupiter, Saturn und Uranus möglicherweise mit Langzeitmessungen (in der Größenordnung von 1 Jahrhundert) nachweisbar sein, aber die inneren Planeten wären schwierig.

Denken Sie daran, dass die maximale Radialgeschwindigkeit auch durch den Kosinus der Neigung der Umlaufbahn in Bezug auf die Blickrichtung skaliert wird. Wenn jemand senkrecht zur Ebene der Ekliptik schaut, sieht er nur einen sehr kleinen Bruchteil der Radialgeschwindigkeit, die von der Ebene der Ekliptik aus gesehen würde.

Transitphotometrie (Eclipse)

Die Empfindlichkeitsschwelle des Kepler-Teleskops variiert je nach Helligkeit des Sterns und Beobachtungszeitraum. Es könnte jedoch ein Schwellenwert in der Größenordnung von 10 bis 100 ppm geschätzt werden.

In diesem Fall sind die Ergebnisse ähnlich. Die äußeren Planeten (Jupiter bis Neptun) wären leicht zu beobachten, aber die inneren würden eine erhebliche Herausforderung darstellen.

Winkelbeschränkungen sind viel schwerwiegender, es besteht eine viel geringere Wahrscheinlichkeit, dass die Ausrichtung des Sonnensystems zu einem geometrischen Transit führen würde, sodass es im Durchschnitt höchst unwahrscheinlich ist, dass Transits von einer zufälligen Position im Weltraum aus beobachtet werden können.