Čím bychom mohli objevit planetu Devět?

066879

Zřejmě jste již zachytili zprávy o tom, že astronomové z California Institute of Technology informovali o tom, že mají k dispozici matematické modely, které s vysokou pravděpodobností naznačují, že by se ve Sluneční soustavě mohla nacházet velká, dosud neobjevená planeta s pořadovým číslem devět. Toto téma patří do oblasti astronomie a jelikož se na našem webu věnujeme  kosmonautice, tak jsme původně nepočítali s tím, že bychom se tomuto tématu nějak věnovali. Leč postupně se začaly objevovat otázky, které spojují tento objev s kosmonautiku. V tu chvíli to začalo být zajímavé i pro nás a tak vznikl tento článek. Ještě než se do něj začtete ale, prosím, vezměte na vědomí, že o tématu je stále velmi málo informací a proto se na některých místech článku nevyhneme spekulacím.

Pokud se chcete detailněji seznámit s astronomickými informacemi, které se tohoto objevu týkají, doporučím Vám například články na webech astro.cz, nebo osel.cz. Již krátce po oznámení výsledků matematického modelu se začalo spekulovat o tom, jak bychom mohli tuto tajemnou planetu pozorovat, nebo alespoň fyzicky objevit. Zatím je totiž její existence založena pouze na výpočtech oběžných drah transneptunických objektů, které jsou ale rušeny gravitací tohoto velkého tělesa.

Objevitelé sice ve své zprávě říkají, že pravděpodobnost přirozených příčin těchto poruch je pouze 0,07%, leč stále nemůžeme říci, že jsme devátou planetu objevili. Zatím ji jen tušíme – podobně, jako astronomové odhalovali vnější planety Sluneční soustavy tím, že studovali oběžné dráhy již známých objektů a hledali v nich drobné poruchy. Jaké tedy máme možnosti při skutečném hledání této planety?

Teoretická oběžná dráha nově předpovězené planety

Teoretická oběžná dráha nově předpovězené planety
Zdroj: http://www.sciencemag.org/

Upřímně řečeno to není nic snadného. Planeta by mohla být svou velikostí srovnatelná s Neptunem, který obíhá 30 astronomických jednotek od Slunce. Neznámý objekt by ale měl být průměrně 20x dále. Dosavadní výpočty ukazují, že by velká poloosa oběžné dráhy měla měřit 600 astronomických jednotek. Jelikož by dráha měla být protáhlá, v některých obdobích by se planeta přiblížila ke Slunci maximálně na 200 astronomických jednotek.

O tom, jak složitě se bude planeta hledat rozhodují dva faktory – magnituda a rychlost pohybu po obloze. Začneme magnitudou, tedy tím, jak je těleso jasné. Tady bychom příliš spekulovali, protože neznáme složení planety (spekuluje se o ledu), což je pro odrazivost slunečních paprsků klíčové. Tolik tedy úvodní zasvěcení do problematiky a nyní se pojďme podívat na hledače, kteří by mohli s hledáním pomoci. Stranou necháme pozemní teleskopy, přecijen jsme blog o kosmonautice.

Spitzerův teleskop

Spitzerův teleskop
Zdroj: https://upload.wikimedia.org

Zatím se zdá, že by měly hrát prim teleskopy zaměřené na infračervené spektrum. Tady je vhodné poznamenat, že v tomto období nemáme v tomto spektru zrovna dobou výbavu. Králem je Spitzerův teleskop vypuštěný v roce 2003.

Jeho zásoba helia pro chlazení se vyčerpala o šest let později a od té doby pracuje v „teplém“, tedy nechlazeném režimu, což snižuje účinnost jeho pozorování – na palubě momentálně fungují pouze dva přístroje. Spitzer nadále dělá vědu – podílel se třeba na sledování komety Siding Spring během přibližování k Marsu, možná by tedy mohl zkusit i vzdálenější pozorování.

Teleskop WISE

Teleskop WISE
Zdroj: https://upload.wikimedia.org

Na oběžné dráze krouží ještě jeden infrateleskop – malý WISE, později překřtěný na NEOWISE. Ten má ale také již vyčerpané zásoby chladícího média a ve své nové éře zaměřuje pozornost svých přístrojů na hledání blízkozemních asteroidů. U tohoto teleskopu je problém jeho malý průměr – zrcadlo měří napříč jen 40 centimetrů. NEOWISE je šikovný, ale při hledání planety jej bude zřejmě limitovat právě jeho malé zrcadlo.

Předchozí řádky jasně směřují k budoucnosti – Už v roce 2018 bychom se měli dočkat vypuštění vlajkové lodi astronomie pro příští desetiletí – dalekohledu Jamese Webba. Ten by měl sledovat vesmír v infračerveném spektru a navíc bude disponovat obřím segmentovým zrcadlem o průměru 6,5 metru, které zachytí mnohem více paprsků. Dá se očekávat, že Webbův teleskop bude po zaparkování v libračním centru procházet důkladnými zkouškami, kalibracemi a dalšími testy, které nebudou hotové hned.

Dalekohled Jamese Webba

Dalekohled Jamese Webba
Zdroj: https://upload.wikimedia.org

Tento teleskop se bude potýkat i s „problémem“, který potkal už Hubblea. Půjde o unikátní kus techniky a vědecká obec bude mít velkou poptávku na jeho využití. Dá se ale očekávat, že hledání neznámé planety bude natolik atraktivní téma, že by se do toho mohl JWST pustit už v blízké době po zkalibrování všech přístrojů. Na druhou stranu je potřeba si uvědomit, že hledaná planeta by měla mít oběžnou dobu okolo Slunce okolo 15 – 20 tisíc let. Z tohoto pohledu je tak zpoždění pozorování o několik let vůči dnešku jen drobnost.

Ovšem při takto dlouhé oběžné době nastává problém s rozlišením objektu, který se oproti hvězdnému pozadí hýbe jen velmi pomalu – teleskopy by se tak na každé místo musely podívat s rozestupem několika týdnů až měsíců a pak ve snímcích hledat drobné rozdíly. Při oběžné době 20 000 let by se za jeden den planeta na obloze posunula o 0,17 obloukové vteřiny. Přesun o jednu obloukovou vteřinu by trval pět a půl dne, jednu obloukovou minutu, tedy 1/60 obloukového stupně by planeta překonávala 337 dní.

Pokud ale vezmeme v úvahu, že se planeta bude pohybovat mezi hvězdami nejen díky oběhu kolem Slunce, ale také díky paralaxe, pak se dostaneme k velmi příznivé hodnotě minimálně 0,15″/hodinu. Díky tomu by se mohl rozestup mezi snímky zkrátit na hodiny, případně dny.

S tím by teoreticky nemusela mít problém evropská sonda Gaia, jejímž oborem je astrometrie, tedy sledování velmi drobných změn v poloze okolních hvězd. Pravda, v tomto případě by se nehledala hvězda, leč princip by byl velmi podobný. Gaia by byla pro takové hledání ideální, dokonce u ní nenarážíme na problém s magnitudou pozorovaného objektu.

Gaia

Gaia
Zdroj: https://upload.wikimedia.org

U družice Gaia po softwarovém updatu měla být limitem magnituda 20,5, ale jelikož se u takto slabých objektů jejich jas určuje jen velmi složitě, je reálná hranice spíše v rozmezí mezi +19 a +21,5 mag. Můžeme jen spekulovat o jasnosti očekávané planety. Vždyť amatérští astronomové pozorují bez problémů třeba trpasličí planetu Eris s průměrem 1200 km ve vzdálenosti 95AU.

Přitom tato hypotetická planeta nebyla dosud objevena ani výkonnými automatickými přehlídkami oblohy. Novou planetu s avizovanými rozměry by přitom i ve vzdálenosti 600 AU mohli objevit i amatéři, pokud by zvolili dostatečný rozestup mezi snímky. Proč se to ale zatím nepovedlo ani jim, ani profesionálům, to je těžká otázka. Možná má hledaná planeta mnohem menší albedo (odrazivost světla), než čekáme, možná obíhá dále, než čekáme (jak bychom ale pak vysvětlili vypočítané gravitační odchylky), nebo neexistuje vůbec (opět stejný problém).

Hubbleův teleskop

Hubbleův teleskop
Zdroj: https://upload.wikimedia.org

A jaké šance má známý Hubbleův teleskop, který už své výkony demonstroval třeba při pozorování Pluta? Upřímně řečeno se od něj mnoho očekávat nedá. Nebylo by fér srovnávat hledání neznámé planety s mimořádnou dlouhou expozicí, která vedla k vytvoření snímku Pluta. Při hledání neznámého objektu se nemůžeme spolehnout na postupy, které se používají při focení tělesa, jehož polohu známe. Rozlišovací schopnost v takovém případě klesá. Hubbleův teleskop navíc v potřebných pásmech nemá dostatečnou citlivost – možná se k hledání použije, ale buďme připraveni na to, že  v tomto směru nemusí hrát první housle.

Pokud bychom tuto planetu někdy objevili a chtěli bychom na jejím povrchu hledat nějaké detaily, narazili bychom na problém její úhlové velikosti. Pokud bychom ji chtěli teoreticky vypočítat, pak musíme vycházet z dosavadního předpokladu, že je velká jako Neptun, tedy s průměrem okolo 50 000 kilometrů. Při vzdálenosti 600 AU nám výpočet ukáže, že planeta by měla na obloze velikost 0,11 obloukové vteřiny! V případě maximálního přiblížení je už výsledek trochu lepší – 0,33 obloukové vteřiny, ale zatím se zdá, že takové štěstí nemáme – planeta by měla být momentálně naopak v nejvzdálenější části své oběžné dráhy. Pro lepší představu – Pluto má při pozorování ze Země za nejlepších podmínek průměr právě 0,11 obloukových vteřin.

Zdroje informací:
http://www.astro.cz/
http://www.astro.cz/
http://www.osel.cz/
http://iopscience.iop.org/
http://m.caltech.edu/
http://www.nature.com/
http://www.planetary.org/
https://www.newscientist.com/
http://www.sciencespacerobots.com/
http://aasnova.org/
http://www.nytimes.com/
https://cs.wikipedia.org/

Zdroje obrázků:
http://www.astro.cz/images/obrazky/original/066879.jpg
http://www.sciencemag.org/…/images/Orbits_1280_PlanetX2.jpg?itok=1wE6ahlP
https://upload.wikimedia.org/…/1280px-Spitzer_space_telescope.jpg
https://upload.wikimedia.org/…artist_concept_%28PIA17254%2C_crop%29.jpg
https://upload.wikimedia.org/…/1280px-James_Webb_Space_Telescope_2009_top.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/0/01/Gaia_spacecraft.jpg
https://upload.wikimedia.org/…/3f/HST-SM4.jpeg/1280px-HST-SM4.jpeg

Pin It
Nahlásit chybu

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

GD Star Rating
loading...
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


34 komentářů ke článku “Čím bychom mohli objevit planetu Devět?”

  1. Petr Scheirich napsal:

    Úhlová velikost s tím nijak nesouvisí. Několikakilometrové planetky, které jsou dnes běžně objevovány v hlavním pásu, mají na obloze úhlovou velikost několik tisícin obloukové vteřiny. To samé platí pro tělesa Kuiperova pásu o velikosti okolo 100 km, které jsou dnes také běžně objevována. Jedinými dvěma faktory jsou zmiňovaná magnituda a rychlost pohybu po obloze.

    • slappy napsal:

      Úhlová velikost by hrála roli, pokud bychom už znali polohu a chtěli vykoukat nějaké albedové útvary, nemýlím-li se…

      • Petr Scheirich napsal:

        Přesně tak.

        • rorejs napsal:

          Já myslím, že to pan Majer napsal úplně správně. Informaci o malé úhlové velikosti zmiňuje v odstavci o případném pozorování detailů na povrchu planety. Což je tedy myslím pravda, při této úhlové velikosti by se žádné detaily opravdu pozorovat nedaly, i kdybychom planetu našli. Tedy alespoň pokud tam nepošleme nějakou průletovou sondu, což by mohlo být proveditelné zhruba v řádu desítek let.

        • Dušan Majer napsal:

          Tohle, co je nyní na webu, je už upravená verze na základě připomínek tady v diskusi. Původně to bylo formulováno jinak.

    • Dušan Majer napsal:

      Díky za upozornění, pokusím se danou pasáž článku přeformulovat.

  2. Spytihněv napsal:

    Ona to vlastně až tak úplně novinka není. Už nějakou dobu se mluvilo o tom, že Sedna a další má nepřirozenou dráhu a něco ji muselo ovlivnit. Ale teprve tito dva vědci si to troufli prohlásit rezolutně a jednoznačně (těch 0,007% odmítám brát jako vyjádření nejistoty 🙂 A jak je to s tou momentální polohou na dráze? Někde čtu o „skoro v afelu“, jinde zase, že „samozřejmě nevíme, kde právě je“.

    • Petr Scheirich napsal:

      Ze samotných simulací poloha na dráze nevyplývá (simulace dávají jen představu o dráze samotné, odvozené z dlouhodobého vlivu „planety“ na ta ostatní tělesa, ne z okamžitého vlivu). Takže v tomto směru skutečně nevíme, kde je. To, že se předpokládá, že je spíše poblíž afelu plyne ze dvou úvah: 1. je to statisticky pravděpodobnější, protože na tak excentrické dráze stráví těleso většinu oběžné doby poblíž afelu. 2. Poblíž perihelu by bylo mnohem jasnější a především by mělo rychlejší pohyb po obloze, takže bychom ho možná již objevili, podobně jako jiná velká transneptunická tělesa.

      • Spytihněv napsal:

        Díky za vysvětlení. Také jsem se klonil spíš k tomu, že ze současného pohybu zainteresovaných TNO o momentální poloze Nine nic nevyčteme.

        Pokud jde o tu statistiku, tak ta by sama o sobě o ničem nevypovídala, ale po spojení s druhým bodem už ano. Takto velké těleso by naší pozornosti asi neuniklo. Po nových TNO se pátrá celkem aktivně. No každopádně je škoda, že je tam kde je. Větší přiblížení ke Slunci se tedy asi několika (možná mnoha a mnoha) generací týkat nebude.

    • vedator napsal:

      Nie je 0.007% len vyjadrenie pravdepodobnosti podobnosti drah skumanych objektov prirodzenym sposobom? Preto navrhli iny fenomen – planetu.

  3. Antoš napsal:

    Myslím, že v té úvaze o pohybu a detekci planety díky pohybu je zásadní chyba. Planeta se bude promítat a pohybovat mezi hvězdami nejen díky svému vlastnímu pohybu, ale také díky paralaxe. Takže viditelný pohyb bude potom někde na úrovni minimálně 0,15″/hodinu(v afelu). Takže k zaznamenání změny polohy nebude potřeba týdnů a měsíců( jak je uvedeno – ale uvádějí to i různé zpravodajské servery) – ale rozestup mezi snímky postačí maximálně 1 den

  4. Tinny napsal:

    Jestli se dobře pamatuji, přišli s devátou planetou velikosti cca Neptunu v září 2014 dva španělští astronomové, u nás to prošlo v médiích v únoru 2015. Američané snad jen měli jejich výpočty ověřovat? Takže proč by měli být ini těmi objeviteli? Nakonec to bude ta planeta kterou vypočítal (2011?) David Nesvorný… tj. pátá velká planeta, ledový obr, vyhozený gravitačně z vnitřní sluneční soustavy. (http://arxiv.org/pdf/1109.2949v1.pdf)

  5. Radoslav Packa napsal:

    Pokiaľ sa vmestí do magnitúdy, tak Gaija by ju mohla zaznamenať. Má na to 4 roky? Bolo povedané, že spracovávanie dát zo sondy bude tiež trvať, ale ak sa nájdu nejaké objavy tak sa budú prednostne spracovávať. Uvidíme. 🙂

  6. Antoš napsal:

    Proč by zrovna, v případě chladného tělesa, měly hrát největší úlohy infra teleskopy ? Chápu, že jsme na kosmonautickém fóru, ale specializované teleskopy s malým zorným polem také zrovna nebudou až taková výhra. Sice mají dost neomezenou dobu na skenování, ale stejně si myslím, že se v hledání uplatní hlavně pozemní „hledače“, a to buď „širokoúhlé“ komory nebo dalekohledy s vekou sběrnou plochou.

    • Petr Scheirich napsal:

      Ohledně dalekohledů s malým zorným polem máte pravdu – ty skutečně není možné využít k hledání čehokoliv. (Ostatně i k primárnímu účelu HST – výzkumu supernov, se používají pozemské dalekohledy s velkým zorným polem, které mu ty supernovy najdou, a on se na ně pak zaměří v detailu.) Pokusím se ale hodně zjednodušeně vysvětlit, proč je lepší využít infračervených dalekohledů. Říká se sice, že planety září odraženým světlem od Slunce, ale to není tak docela pravda, velká část toho světla se pohltí a pak je znovu vyzářena (u planet s hustou atmosférou to platí zejména). To vyzářené světlo má ale jinou charakteristiku než světlo sluneční. Zatímco Slunce září nejvíce ve viditelném oboru, čím je objekt chladnější, tím více se maximum vyzařování přesouvá do IR. Pokud vezmeme pouze viditelnou oblast spektra (V), a pouze IR, je možné, že množství energie přicházející od téhle planety ve V bude větší než v IR (takhle z hlavy to nejsem schopen určit). Tím ale samotný problém nekončí, protože k úspěšné detekci objektu jej musíme především rozeznat na pozadí vzdálených hvězd. A tady přichází ten trik – hvězdy září především ve V. Takže pokud vezmeme poměr IR_planeta/IR_hvězda (téměř libovolné), bude obvykle větší, než V_planeta/V_hvězda. Jinak řečeno, v IR oboru planeta na hvězdném pozadí „znápadní“. (Malá odbočka: např. nejjasnější hvězdou na obloze v IR oboru není Sirius, ale Betelgeuse, protože ačkoliv je mnohem dál, je taky mnohem chladnější než Sirius). Ne náhodou se plánuje hledání této planety pomocí dalekohledu Gemini (na Havaji), protože díky velké nadmořské výšce umožňují dalekohledy na Havaji pozorování i v blízké infračervené oblasti.

      • kastelán napsal:

        Děkuji za toto zajímavé doplnění 🙂

      • Spytihněv napsal:

        Díky za pěkný rozbor. Ta chladnější Betelgeuse se na obloze nezapře, ale o tomto zajímavém prvenství jsem nevěděl.

      • Racek napsal:

        Zajímavé. No, k selské logice je někdy potřeba přidat hlubší znalosti předmětu. Jo jo. Díky za osvětu, bylo to dobré a srozumitelné.

      • Tinny napsal:

        Jakou roli v tom může hrát to, že ta velká planeta může mít svůj vnitřní zdroj energie? Neptun vyzáří cca 3x víc energie než přijme ze Slunce… i když je to pořád 220 stupňů pod nulou.

  7. Martin Gembec napsal:

    Jsem rád, že jste pomohli článek zaktualizovat vašimi připomínkami. Mně tam ještě tahá za oči ta úvaha o jasu hypotetické planety. Z povahy věci je zřejmé, že bude mnohem a mnohem nižší, než 17 mag. Planetku Makemake jsem schopen detekovat na snímku 8cm dalekohledem s DSLR a jasností je srovnatelná se 17. velikostí, takže amatéři by měli být schopni se dostat až k 20 mag a tudíž je zřejmé, že přehlídky oblohy vidí i nad 20 mag a tedy ono těleso podle mě nemohlo být přehlédnuto přehlídkami, které hledají podobná tělesa. Leda by zanedbali dostatečný odstup mezi snímky. Planeta, pokud existuje je tedy buď nesmírně daleko, alespoň 1000 AU, nebo má malou odrazivost, nebo je malá. Nechám se překvapit, jak se toto rozuzlí.

    • Petr Scheirich napsal:

      Prohlidky toho minou strasne moc, coz je taky jeden z duvodu, proc i v dnesni době ještě stále mají sanci občas něco objevit i amateri. Jakou expozici potrebujes na svém dalekohledu k dosazeni 17. mag? A jake mas na takovem snimku zorne pole. Zapocitej do toho ještě dobu prejezdu z pole na pole, a muzes si udelat odhad, kolik casu by Ti trvalo proskenovat takhle celou oblohu. Jednou! Coz znamena, ze bys stejne ještě nic neobjevil, protože na to je třeba udelat vic snimku daného pole. Dva snímky jsou naproste minimum, ale to ještě není vyhráno – aby vůbec byl objekt zanesen do databaze (coz je databaze drah, nikoliv pozic na obloze), musí nasledovat tzv. follow-up – někdo musí ten objekt sledovat i v dalších nocích (na což se už obvykle nevyužívá čas na samotném prohlídkovém dalekohledu), aby bylo možné tu dráhu určit. Mnoho objektů se ztratí během follow-up, protože základní odhad, jak rychle a kterým směrem se bude objekt pohybovat i v následujících nocích, je jen přibližný, a stačí třeba jedna zatažená noc… Čas na prohlídkových dalekohledech není zadarmo, a proto se každá prohlídka plánuje za konkrétním účelem. Někdo hledá blízkozemní planetky, někdo hledá transneptunická tělesa, a vždy je tomu třeba přizpůsobit kadenci, tj. s jakým časovým odstupem se bude snímkovat stejné pole. Jak je v článku správně uvedeno, na zachycení pohybu téhle planety je třeba odstup jednoho až několika dnů, a to zkrátka nikdo nedělal (cíleně). Samozřejmě že i prohlídky se po čase vracejí na stejná místa, ale převážná většina prohlídek vůbec nearchivuje staré snímky (protože to jsou strašná kvanta dat – terabajty za noc, u Pan-STARRS terabajty za hodinu), takže ani není co porovnávat. Automatický software porovnává snímky pořízené s daným odstupem pro daný účel, a když se tam nic nehýbe, sbohem… mažu tě :-).

      • Petr Scheirich napsal:

        Ještě jsem zapomněl uvést, že jediné prohlídky, které běží v podstatě nepřetržitě, jsou právě prohlídky na hledání blízkozemních planetek. Tomu mají přizpůsobenou kadenci, protože ty se pohybují po obloze celkem rychle. Jako vedlejší produkt objevují planetky hlavního pásu (a sem tam nějakou kometu, která se ovšem prozradí komou), ale transneptuny už „nevidí“ (na snímcích je samozřejmě mají, ale při dané kadenci se jim nehýbou). Transneptuny se hledají čistě pro vědecké účely (neohrožují nás 🙂 ), což znamená podat grant, a získat čas na nějakém k tomu uzpůsobeném dalekohledu. Třeba na půl roku. Když si najdeš někde animaci, kde s časem přibývají nově objevené TNO, je tam pěkně vidět, jak to není kontinuální proces, ale jsou to nárazové akce.

      • slappy napsal:

        Terabajty za hodinu??!! To je síla..
        Takže ‚pouhou‘ archivací dat a vhodnými vyhledávacími algoritmy by se množství objevů těles Sluneční soustavy exponenciálně zvedlo.. Astronomové potřebují více harddisků : )))

Zanechte komentář