Panjang gelombang apa yang paling baik mendeteksi "planet ke-9"?

15

Kita tahu bahwa sinar matahari yang dipantulkan akan membuat mendeteksi planet ke-9 sangat sulit dalam cahaya tampak. Apakah ada band lain yang lebih mungkin untuk mendeteksinya? Berapa suhu permukaan objek ini, dan apa artinya tentang panjang gelombang deteksi optimalnya?

PearsonArtPhoto
sumber
11
Jika ada .
David Hammen
3
Bahkan jika itu tidak ada, mengajukan pertanyaan seperti ini membantu untuk memutuskan apakah sebenarnya itu ada.
PearsonArtPhoto
4
Itu benar-benar pertanyaan terpisah, saya sarankan agar Anda bertanya mengapa WISE tidak mendeteksi objek ini, yang dapat menyebabkan beberapa diskusi menarik.
PearsonArtPhoto
4
Semua taruhan dibatalkan jika planet kesembilan yang seharusnya ini adalah planet jahat yang ditangkap secara ajaib yang jauh lebih tua dari tata surya. Dalam hal ini, itu akan didinginkan ke keadaan hampir tidak terlihat.
David Hammen
3
@ Davidvidam Ya, tidak ada "Saturnus" dalam 10.000 au. Tapi kemungkinan planet 9 ini mungkin bukan raksasa gas. Kecuali jika dipanaskan secara signifikan oleh radioaktivitas atau pasang surut dalam beberapa cara (lihat jawaban di bawah), itu tidak mungkin dilihat oleh WISE pada 1000 au (suhu kesetimbangannya akan terlalu rendah). Mungkin inilah alasannya (saya belum melihat makalah apa pun), mengapa penulis mengatakan itu kemungkinan bukan raksasa gas. Apakah Anda memiliki referensi / URL tempat penghitungan objek seukuran Neptunus di WISE dilakukan? Saya hanya dapat menemukan batasan untuk Jupiters / Saturns.
Rob Jeffries

Jawaban:

7

Refleksi langsung sinar matahari adalah skenario yang paling mungkin untuk penemuan planet kesembilan, namun itu tidak berlaku jika objek tersebut memiliki albedo yang sangat rendah. Saya berasumsi Anda tertarik pada panjang gelombang apa yang akan dipancarkan planet ini.

Untuk suhu permukaan, rotasi planet itu penting. Jika dikunci dengan satu sisi menghadap matahari, atau berputar sangat lambat, pusat matahari yang menghadap belahan bumi memancarkan energi sebanyak yang didapatnya dari Matahari. Pada 60 AU, fluks matahari sekitar 0,38 W / m². Menggunakan hukum Stefan-Boltzmann , kami memperoleh suhu permukaan kesetimbangan 51 K (yang merupakan suhu permukaan tertinggi yang mungkin, dengan asumsi tidak memiliki atmosfer). Hukum perpindahan Wien memberi tahu kita bahwa radiasi dari objek 51 k memuncak pada panjang gelombang 57 μm (infra-red).

Untuk benda yang berputar, suhu ekuator adalah 38 K, dengan radiasi memuncak pada 78 μm (masih infra merah).

Menggunakan albedo 0,5, puncaknya adalah 68 μm dan 90 µm untuk masing-masing badan yang tidak berputar dan berputar. Perhatikan bahwa ini hanya untuk wilayah khatulistiwa, panjang gelombang puncak sebenarnya akan sedikit lebih tinggi, termasuk dalam spektrum infra merah jauh. Juga, tingginya ketidakpastian rotasi, albedo dan massa (massa penting untuk panas internal), membuatnya tidak mungkin untuk mendapatkan akurasi yang lebih tinggi dari itu

60 au adalah jarak perihelion yang sangat optimis untuk planet kesembilan, jadi untuk jarak yang lebih realistis katakanlah 200 au, tidak mungkin untuk mengamati itu dalam spektrum IR, jika ia tidak memiliki sumber panas internal yang signifikan.

Hohmannfan
sumber
Menarik, meskipun saya percaya peluruhan radioaktif, di antara faktor-faktor lain, juga akan menjadi pengaruh yang signifikan dalam panas permukaan.
PearsonArtPhoto
Anda harus memperhitungkan seberapa sulit mengukur apa pun pada panjang gelombang itu. Anda akan membutuhkan teleskop ruang IR cryogenic yang berfungsi untuk satu hal.
Rob Jeffries
2
Kemungkinan planet 9 jauh lebih jauh dari 60 au? Ini hanya akan terdeteksi di IR jika memiliki semacam generasi panas internal.
Rob Jeffries
60 au adalah kasus terbaik
Hohmannfan
Saya harus mengatakan, saya belum mendengar 60 AU digunakan, bahkan sebagai jarak perihelion. Angka-angka yang saya lihat mudah di ratusan AU. Saya ingin tahu sumber Anda untuk itu. Ini hanya titik kecil, meskipun - mungkin.
HDE 226868
8

Kemungkinan planet 9 diperkirakan sekitar 10 massa Bumi dan tidak mungkin menjadi raksasa gas (mungkin inti dari raksasa gas yang "terganggu"). Dengan demikian, itu tidak akan menghasilkan luminositas yang signifikan itu sendiri dan akan berbatu, atau lebih mungkin, karakter es. Dengan demikian hanya akan terlihat oleh cahaya yang dipantulkan.

Pertimbangan untuk mencari panjang gelombang apa yang menyeimbangkan sensitivitas instrumen yang ada dengan kemungkinan spektrum objek. Ini pada gilirannya tergantung pada spektrum matahari dan ketergantungan panjang gelombang reflektifitas (Albedo).

Untuk sebagian besar objek es, termasuk objek Pluto dan Trans-Neptunus, reflektansi meningkat menjadi merah dan hampir inframerah, sedangkan spektrum matahari memuncak pada panjang gelombang yang lebih pendek. Ini menunjukkan bahwa pencarian sebaiknya dilakukan dengan instrumen optik bidang lebar di pita R atau r 'sekitar 600 nm.

Faktor lebih lanjut dalam menemukan kandidat adalah bahwa Anda harus mencakup area yang luas. Ini hanya layak pada panjang gelombang optik dan NIR kecuali objek cukup terang di pertengahan IR untuk muncul di WISE (yang saya yakin sedang diperiksa secara menyeluruh). Siaran pers yang saya lihat mengatakan SUBARU sedang digunakan untuk pencarian. Saya berani bertaruh mereka menggunakan bidang setengah derajat Suprime-Cam pada panjang gelombang optik dan tidak mengejar pencitraan mid-IR COMICS dengan bidang arcsecond 42x32 itu !

Mengonfirmasi seorang kandidat harus mudah, mengingat paralaks yang sangat besar dan gerakan yang tepat diharapkan.

Rob Jeffries
sumber
Saya tidak yakin bahwa pengamatan kbo akan valid. Objek ini diprediksi akan jauh lebih besar daripada ...
PearsonArtPhoto
@PearsonArtPhoto Jangan ragu untuk membuat spektrum reflektansi Anda sendiri. Meskipun datar, mungkin hanya menggeser rentang pencarian ke pita V atau g '.
Rob Jeffries
Spektrum reflektansi mungkin dekat, saya akan memberi Anda itu, tapi saya agak lebih skeptis terhadap kemungkinan deteksi IR termal. Lihat jawaban saya.
PearsonArtPhoto
6

Ada dua cara dasar untuk mendeteksi objek semacam itu. Pertama adalah mendeteksinya melalui sinar matahari yang dipantulkan. Yang kedua adalah dari panas yang dihasilkannya. Kita sudah tahu bahwa cahaya yang dipantulkan dari objek semacam itu kemungkinan besarnya sekitar 16,5. Untuk menentukan inframerah, kita harus memperkirakan suhu

Suhu sangat tergantung pada komposisi. Untuk kesederhanaan, mari kita asumsikan komposisi yang mirip dengan Bumi, dan diciptakan sekitar waktu yang sama dengan bagian Tata Surya lainnya. Asumsi-asumsi ini mungkin tidak terbukti valid, tetapi mereka di antara kemungkinan yang dibahas. Panas internal bumi, pada kenyataannya, setidaknya 50% dari peluruhan radioaktif, menurut Scientific America . Tentu saja, itu hanya panas internal, tidak semua itu akan sampai ke permukaan.

Planet yang diusulkan ini agak mirip dengan "Rogue Planet" , di mana cakram gas kecil runtuh ke planet tanpa bintang, atau dikeluarkan dari sistem inang mereka. Sedikit yang adil juga tergantung pada apakah ada bulan yang cukup besar dari objek tersebut. Jika demikian, maka pemanasan pasang surut akan secara dramatis meningkatkan suhu objek. Penentuan seperti itu tidak dapat dilakukan tanpa observasi, tetapi itu mungkin. Suasana juga akan membantu menjaga planet ini dari titik beku. Sebuah makalah untuk mendeteksi planet jahat datang dari Abbott dan Switzer. Mereka berhipotesis bahwa objek 3,5 Earth Massa dapat dideteksi jika datang dalam 1000 AU, khususnya dalam inframerah jauh, dengan suhu permukaan sekitar 50 K.

Intinya, mungkin akan lebih bijaksana untuk mencoba mendeteksi keduanya dalam infra merah jauh, maupun yang terlihat, meskipun mungkin sulit untuk dideteksi, bahkan kemudian. Mengingat paralaks sebagai alat gerak utama, deteksi harus dilakukan di beberapa titik di orbit Bumi, mungkin tempat yang sama harus dicari sekitar 90 hari terpisah untuk memberikan kesempatan maksimum untuk bergerak, karena paralaks hanya akan terlihat jika gerakan Bumi tegak lurus dengan lokasi objek.

PearsonArtPhoto
sumber
Metode ketiga adalah menemukan beberapa komet lagi (atau TNO atau KBO) yang memiliki orbitnya dibentuk oleh lelaki Kesembilan ini. Bahkan jika tidak diamati secara langsung, sebuah planet seperti ini akan menjadi lebih nyata jika bukti-buktinya muncul. Dan teleskop survei ruang angkasa IR, dan mungkin teleskop survei lain, dalam pipa harus meningkatkan kemampuan deteksi "korban" -nya dengan banyak.
LocalFluff
Cukup benar, tetapi tidak ada yang benar-benar akan menganggapnya terpecahkan sampai mereka mendeteksinya. Semua bukti lebih lanjut yang sebenarnya dilakukan adalah mengecilkan bagian langit untuk mencarinya.
PearsonArtPhoto
Saya tidak berpikir ada fasilitas tipe survei IR jauh dan ini harus diperhitungkan. Tentu, cari di IR jauh setelah ditemukan. Pencarian sedang berlangsung dengan Subaru sesuai dengan siaran pers. Dugaan saya adalah mereka menggunakan bidang setengah derajat dari SuprimeCam optik dan bukan arcsec 42x32 dari COMICS dekat dan kamera mid-IR!
Rob Jeffries
Saya tidak yakin seberapa realistis pendekatan ini, tetapi secara teori Anda tidak dapat menemukan Planet9 dengan mencari benda yang disembunyikan? Maksud saya, membuat perbandingan langit dan menemukan benda-benda yang hilang yang seharusnya terlihat.
TryHarder