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

Dies ist eine weit gefasste Frage und zu weit gefasst, als dass ich sie umfassend beantworten könnte. Es sollte in Dopplerverfahren, Transits und direkte Bildgebung unterteilt werden; und das ist, bevor wir zu Fragen der Erkennung von Kuipergürteln, Radioemissionen usw. kommen.

Ich bleibe im Moment bei dem, was ich über die Entdeckung von Planeten mit der Doppler-Wobble-Technik weiß.

Doppler-Technik

Die Halbamplitude der radialen Reflexionsgeschwindigkeit eines Sterns für den Fall eines Planeten mit Masse$m_2$einen massereichen Stern umkreisen$m_1$, in einer elliptischen Umlaufbahn mit Exzentrizität$e$, und Umlaufzeit$P$und mit einer umlaufenden Achse geneigt$i$zur Sichtlinie von der Erde ist:

$$\left( \frac{2\pi G}{P}\right)^{1/3}\frac{m_2 \sin i}{m_1^{2/3}} (1-e^2)^{-1/2}.$$ Eine (sehr) ausführliche Herleitung gibt Clubb (2008) .

Also baute ich mir eine kleine Tabelle und ging davon aus, dass alle Planeten optimal zu sehen waren$i=90^{\circ}$(Sie könnten nicht alle optimal gesehen werden, aber die kleinste Neigung wäre ca$i=83^{\circ}$für Merkur, also macht es keinen allzu großen Unterschied) Ich gehe auch davon aus, dass die Masse von Alpha Cen A ungefähr ist$M \simeq 1.1M_{\odot}$.

Die Ergebnisse sind

Die Grenzen dessen, was möglich ist, werden gut durch einen Planeten um Alpha Cen B veranschaulicht, von dem behauptet wird, dass er sich in einer Umlaufbahn von 3 Tagen befindet und eine erdähnliche Masse hat ( Dumusque et al. 2012 , und siehe exoplanets.org ). Die hier detektierte Halbamplitude der Radialgeschwindigkeit war$0.51\pm 0.04$m/s, und einige Spektrographen, insbesondere die HARPS-Instrumente, liefern routinemäßig eine Genauigkeit von weniger als 1 m/s. Somit wären Jupiter und Saturn nachweisbar, Uranus und Neptun sind direkt am Rande der Nachweisbarkeit (denken Sie daran, dass Sie über viele RV-Beobachtungen mitteln können), aber die terrestrischen Planeten würden nicht gefunden (Erderkennungen würden Genauigkeiten unter 10 cm/s erfordern. Denken Sie daran auch, dass die schwächeren Signale aufgrund der jupiter- und saturnähnlichen Planeten aus den größeren Signalen ausgegraben werden müssten.

Es gibt jedoch eine zweite Einschränkung: Um einen Planeten mit der Doppler-Methode zu finden, müssen Sie mindestens einen erheblichen Teil der Umlaufzeit beobachten. Da die aktuellen m/s-Präzisionen nur für verfügbar waren$\sim 5$Jahren ist es unwahrscheinlich, dass Saturn noch entdeckt worden wäre.

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

Fazit: Mit der Dopplertechnik wäre bisher nur Jupiter gefunden worden.

Transittechniken

Ich werde auch ein paar Kommentare zur Transittechnik hinzufügen. Die Transiterkennung funktioniert nur, wenn die Exoplaneten so umkreisen, dass sie sich vor dem Stern kreuzen. Hohe Neigungen sind also Pflicht. Jemand, der besser in der sphärischen Trigonometrie ist, sollte die veröffentlichten Daten für das Sonnensystem verwenden, um herauszufinden, wie viele (und welche) Planeten in einer höchst optimalen Ausrichtung vorbeiziehen. Angesichts der Tatsache, dass die Planeten Bahnneigungen mit einer Streuung von wenigen Grad haben, sagt Ihnen eine einfache Trigonometrie und ein Vergleich mit dem Sonnenradius, dass diese Bahnen im Allgemeinen nicht alle für einen bestimmten Betrachtungswinkel durchlaufen werden. Tatsächlich sind einige der von Kepler entdeckten Mehrfachtransitsysteme viel "flacher" als das Sonnensystem.

Der Kepler-Satellit ist/war in der Lage, dank seiner sehr hohen photometrischen Genauigkeit (der Flussabfall ist proportional zur Quadratwurzel des Exoplanetenradius) sehr kleine vorbeiziehende Planeten zu erkennen. Das Bild unten, das vom Kepler-Team der NASA präsentiert wurde (jetzt etwas veraltet), zeigt, dass Planetenkandidaten entdeckt wurden, die bis zur Größe des Mars reichen. Diese befinden sich jedoch in der Regel in kurzzeitigen Umlaufbahnen, da ein Transitsignal mehrmals gesehen werden muss, und Kepler studiert diesen Himmelsfleck etwa 2,5 Jahre lang (als diese Aufzeichnung erstellt wurde).

Von diesem Standpunkt aus wäre also möglicherweise die Venus zu sehen gewesen, aber keiner der anderen Planeten konnte bestätigt werden.

Allerdings gibt es eine Falte. Alpha Cen A ist viel zu hell für diese Art von Studien und viel heller als die Kepler-Sterne. Sie müssten ein spezielles Instrument oder Teleskop bauen, um nach Transiten um sehr helle Sterne zu suchen. Ein Teil dieser Arbeit wurde durch bodengestützte Vermessungen (hauptsächlich das Auffinden heißer Jupiter) durchgeführt. 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 für 1-2 Monate beobachtet, sodass nur die inneren Teile ihrer Planetensysteme untersucht werden.

Erstens denke ich, dass die Antwort von Rob Jeffries brillant ist. Ich füge nur ein paar kleine Punkte hinzu, die erwähnenswert sein könnten.

Was könnten wir erkennen und mit welchen Teleskopen?

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

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

Könnten wir Funkübertragungen und/oder Atmosphären erkennen?

Im Moment ist unsere Erkennung der Atmosphäre sehr begrenzt und nur auf große Planeten sehr nahe an ihren Sternen, aber der Artikel sagt, dass sie mit größeren Teleskopen daran arbeiten, also werden wir vielleicht in ein paar Jahren etwas bekommen darauf für bewohnbare Zonenplaneten.

Exoplaneten-Atmosphärenerkennung

Über Radiowellen und erwähnenswertes, sichtbares Licht konnte ich keinen guten Artikel finden, aber wenn ein fremder Planet in einem engen Strahl eine Nachricht auf uns zuschießt - dann könnten wir das sicher erkennen, vorausgesetzt, sie schießen eine groß genug Strahl, aber könnten wir mit unserer aktuellen Leistung eine andere Erde entdecken? Ich glaube nicht, dass wir dieser Art von Erkennungstechnologie nahe sind.

(und wenn ich irgendetwas davon 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 "The Birth of Planets" von Karman Lecture

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

Im Großen und Ganzen ja. Jupiter könnten Sie wahrscheinlich mit der Radialgeschwindigkeitsmethode erkennen, wenn Sie bereit sind, eine oder vielleicht zwei Umrundungen zu warten, um sicherzugehen, also 12 Jahre, bis Jupiter die Sonne umkreist.

Die anderen Planeten wären wirklich hart. Wenn sie einen Transit durchführten, könnten Sie sie mit einer ähnlichen Technologie wie unserer erkennen. Sie müssen Glück haben, denn unser Sonnensystem ist nicht kompakt wie [andere von Kepler entdeckte]; es ist ziemlich ausgebreitet. Wenn Sie einen Planeten sehr nahe an seinem Stern haben, haben Sie eine gute Chance, dass er sich in 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 ist viel kleiner, wenn die Dinge zufällig sind, dass Sie es genau entlang Ihrer Sichtlinie bekommen.

Es ist also viel unwahrscheinlicher, dass jemand unseren Jupiter von einem nahen Stern aus sieht, als dass wir einen heißen Jupiter sehen. Es gibt derzeit nur eine kleine Anzahl von Außerirdischen, die unser Sonnensystem betrachten und es durch Transite sehen.