Wir haben nichts wie das Sonnensystem gefunden. Ist es ein Freak im Weltraum? : Wissenschaftsalarm

Seit der historischen Entdeckung 1992 Zwei Planeten umkreisen einen Stern außerhalb unseres SonnensystemsUnd die Tausende neue Welten Sie wurden der schnell wachsenden Liste der „Exoplaneten“ hinzugefügt. in der Milchstraße.

Wir haben viele Dinge daraus gelernt Ein riesiger Katalog fremder Welten, die fremde Sterne umkreisen. Aber es gibt ein kleines Detail, das wie ein Daumen herausragt. Wir haben nichts anderes wie unser eigenes Sonnensystem gefunden.

Dies hat einige zu dem Schluss geführt, dass unser Mutterstern und sein Busen in gewisser Weise Ausreißer sein könnten – vielleicht das einzige Planetensystem seiner Art.

Im weiteren Sinne könnte dies bedeuten, dass das Leben selbst eine Anomalie ist; Die Bedingungen, die die Erde und ihre Kruste aus sich selbst reproduzierender Chemie geformt haben, sind schwer nachzubilden.

Schaut man sich nur die Zahlen an, sind die Aussichten düster. Mit großem Abstand sind die zahlreichsten Exoplaneten, die wir bisher identifiziert haben, von einem Typ, von dem nicht bekannt ist, dass er Leben fördert: Riesen und Subplaneten, der Gas- und möglicherweise Eisvarietät.

Die meisten Exoplaneten, die wir bisher gesehen haben, umkreisen ihre Sterne sehr eng und umarmen sie praktisch; So nah, dass die brutzelnden Temperaturen weit über ihrem bekannten bewohnbaren Bereich liegen würden.

Es ist wahrscheinlich, dass sich die Statistiken im weiteren Verlauf der Suche ausgleichen und wir mehr Orte sehen werden, die uns an unseren eigenen Garten erinnern. Aber das Thema ist viel komplexer, als nur auf die Zahlen zu schauen. Die Exoplanetenwissenschaft ist durch die Möglichkeiten unserer Technologie begrenzt. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass unser Eindruck von der wahren Vielfalt fremder Welten unsere Vorstellungskraft einschränkt.

Was wirklich da draußen in der Milchstraße und darüber hinaus ist, kann sich sehr von dem unterscheiden, was wir tatsächlich sehen.

Erwartungen und wie man sie durchkreuzt

Die Exoplanetenwissenschaft hat von Anfang an die Geschichte, Erwartungen zu untergraben.

„Wenn Sie in die Welt zurückgehen, in der Sie als Kind aufgewachsen sind, kennen wir nur ein Planetensystem.“ Der Planetenwissenschaftler Jonty Horner von der University of Southern Queensland sagte gegenüber ScienceAlert.

Und so war es diese Art von impliziter Annahme, manchmal eine explizite Annahme, dass alle Planetensysteme so sein werden. Wissen Sie, Sie werden felsige Planeten in der Nähe des sehr kleinen Sterns haben, und Sie werden Gasriesen weit weg von dem sehr großen Stern haben. Und so werden Planetensysteme aussehen.“

Aus diesem Grund brauchten Wissenschaftler einige Zeit, um einen Exoplaneten zu identifizieren, der einen Hauptreihenstern wie unsere Sonne umkreist. Unter der Annahme, dass andere Sonnensysteme unserem ähnlich sind, würde es Jahre dauern, bis die verräterischen Anzeichen schwerer Planeten, die an ihren Sternen zerren, entdeckt werden, genauso wie es Jahre dauert, bis unsere Gasriesen ihre Umlaufbahn abgeschlossen haben.

Basierend auf solch langen Perioden einer einzelnen Messung scheint es nicht der Mühe wert zu sein, eine relativ kurze Geschichte von Beobachtungen von so vielen Sternen zu sichten, um das andere Sonnensystem auf der Hauptreihe endgültig zu untersuchen.

Als sie schließlich hinsahen, war es ein Ein Exoplanet, den sie gefunden haben, ist nichts Vergleichbares Was erwarteten sie: Gasriese Die halbe Masse (und das doppelte Volumen) von der Jupiter Er umkreist seinen Wirtsstern sehr nahe, hat ein Jahr von 4,2 Tagen und seine Atmosphäre brennt bei Temperaturen von etwa 1.000 Grad Celsius (1.800 Grad Fahrenheit).

Seitdem haben wir gelernt, dass diese Planeten vom Typ „Hot Jupiter“ überhaupt nicht exotisch sind. Wenn überhaupt, scheinen sie relativ häufig zu sein.

Wir wissen jetzt, dass es in der Galaxie viel mehr Vielfalt gibt als in unserem Heimatsystem. Es ist jedoch wichtig, nicht davon auszugehen, dass das, was wir derzeit erkennen können, alles ist, was die Milchstraße zu bieten hat. Wenn es so etwas wie unser Sonnensystem gibt, ist es sehr wahrscheinlich, dass es unsere Erkennungsmöglichkeiten übersteigt.

„Es ist sehr schwierig für uns, Dinge wie das Sonnensystem zu finden, sie sind uns technologisch im Moment ein bisschen überlegen“, sagt Horner.

„Es ist sehr unwahrscheinlich, dass terrestrische Planeten von einer der bisher durchgeführten Untersuchungen erfasst werden. Es ist sehr unwahrscheinlich, dass Sie in der Lage sein werden, sie zu finden QuecksilberUnd die VenusErde und Mars um einen Stern wie die Sonne.

Wie findet man einen Planeten?

Lassen Sie uns ganz klar sein: Stile Damit erkennen wir unglaublich intelligente Exoplaneten. Derzeit gibt es zwei Arbeitseinheiten des Exoplaneten-Entdeckungskits: die Transitmethode und die Radialgeschwindigkeitsmethode.

In jedem Fall benötigen Sie ein Teleskop, das auf sehr subtile Änderungen im Licht eines Sterns empfindlich reagiert. Die Signale, nach denen jeder Mensch sucht, könnten unterschiedlicher nicht sein.

Für die Transitmethode benötigen Sie ein Teleskop, das den Stern über einen langen Zeitraum fest im Blick behalten kann. Aus diesem Grund sind Instrumente wie der Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA ein leistungsstarkes Zentrum, das dazu in der Lage ist, einen Teil des Himmels zu erfassen mehr als 27 Tage ohne Unterbrechung durch die Erdrotation.

Invasives Astronomie-Gif, jeweils ein Exoplanet nach dem anderen! Diesmal mit einer Animation, die die Transitmethode zur Entdeckung von Exoplaneten zeigt pic.twitter.com/2ZHv24DRTH

– Alyssa Ubertas (Parodie) (AstroAlysa) 1. September 2021

Das Ziel dieser Art von Teleskopen ist es, ein Transitsignal zu identifizieren – wenn ein Exoplanet zwischen uns und seinem Wirtsstern vorbeizieht, wie eine kleine Wolke, die einige der Sonnenstrahlen blockiert. Diese Lichteinbrüche sind klein, wie Sie sich vorstellen können. Ein Blitz reicht nicht aus, um sicher auf die Existenz eines Exoplaneten zu schließen; Es gibt viele Dinge, die das Licht eines Sterns dämpfen können, und viele davon sind einmalige Ereignisse. Mehrfachdurchgänge, insbesondere solche mit regelmäßiger Periodizität, gelten als Goldstandard.

Daher werden in den Daten größere Exoplaneten bevorzugt, die sich in kürzeren Umlaufzeiten befinden, näher an ihren Sternen als Merkur an der Sonne (einige viel näher, in Umlaufbahnen von weniger als einer Erdwoche).

Falls Sie es verpasst haben, mein Gif, das zeigt, wie man Exoplaneten mit der Radialgeschwindigkeitsmethode erkennt, ist jetzt im Dunkelmodus verfügbar! pic.twitter.com/P4yvXQVSUt

– Alyssa Ubertas (Parodie) (AstroAlysa) 15. August 2022

Die Radialgeschwindigkeitsmethode erfasst die Schwingung eines Sterns, die durch die Schwerkraft eines Exoplaneten verursacht wird, während er in seiner Umlaufbahn schwingt. Das Planetensystem dreht sich nicht wirklich um einen Stern, sondern tanzt in einem koordinierten Schlurfen. Der Stern und die Planeten drehen sich um einen gemeinsamen Schwerpunkt, der als Schwerpunkt bekannt ist. für das SonnensystemDies ist ein Punkt sehr, sehr nahe an der Oberfläche der Sonne oder knapp außerhalb davon, hauptsächlich aufgrund des Einflusses der Sonne der JupiterWelcher mehr als zweimal Die Masse aller verbleibenden Planeten zusammen.

Im Gegensatz zu einem Transit-Flash-Ereignis ist eine Verschiebung der Position eines Sterns eine kontinuierliche Änderung, die keine ständige Überwachung erfordert, um sie zu bemerken. Aufgrund dieser Bewegung können wir die Bewegung entfernter Sterne erkennen, die ihre baryonischen Zentren umkreisen verändert ihr Licht Wegen dem sogenannten Doppler-Effekt.

Wenn sich der Stern auf uns zubewegt, werden die Lichtwellen, die in unsere Richtung kommen, leicht komprimiert, in Richtung des blaueren Endes des Spektrums; Wenn Sie sich entfernen, dehnen sich die Wellen in Richtung der roten Spitze aus. Ein regelmäßiges „Wackeln“ im Licht des Sterns weist auf die Anwesenheit eines orbitalen Begleiters hin.

Auch hier tendieren die Daten dazu, größere Planeten zu bevorzugen, die einen stärkeren Gravitationseinfluss haben, auf kürzeren Umlaufbahnen und näher an ihrem Stern.

Abgesehen von diesen beiden bemerkenswerten Methoden ist es manchmal möglich, einen Exoplaneten direkt abzubilden, während er seinen Stern umkreist. Obwohl es sehr schwierig ist, es zu tun, kann es häufiger werden In der JWST-Ära.

Laut dem Astronomen Daniel Baylis von der University of Warwick im Vereinigten Königreich würde dieser Ansatz eine fast entgegengesetzte Klasse offenbaren Von einem Exoplaneten zu einer Sorte mit kurzer Umlaufbahn. Um einen Exoplaneten zu sehen, ohne vom grellen Licht seines Muttersterns überwältigt zu werden, müssten die beiden Objekte sehr weit voneinander entfernt sein. Das bedeutet, dass das direkte Abbildungsverfahren Planeten auf relativ langen Umlaufbahnen bevorzugt.

Größere Exoplaneten können jedoch aus offensichtlichen Gründen immer noch leicht mit dieser Methode entdeckt werden.

„Jede Erkennungsmethode hat ihre eigenen Vorurteile“, erklärt Bayliss.

Er fügt hinzu, dass sich die Erde mit einem Ein-Jahres-Ring um die Sonne zwischen zwei Enden einer Umlaufbahn befindet, die von verschiedenen Erkennungstechniken bevorzugt wird, so dass „es immer noch sehr schwierig ist, Planeten mit einer Ein-Jahres-Umlaufbahn zu finden.“

Was ist dort?

bis jetzt, Die zahlreichste Gruppe Von den äußeren Planeten ist eine Klasse nicht einmal im Sonnensystem vertreten. Dies ist Minor Neptune – gasbedeckte Exoplaneten, die kleiner als Neptun und größer als die Erde sind.

Die meisten bestätigten Exoplaneten befinden sich in Umlaufbahnen, die viel kürzer sind als die der Erde. Tatsächlich haben mehr als die Hälfte von ihnen Umlaufzeiten von weniger als 20 Tagen.

Wir fanden die meisten Exoplaneten, die einzelne Sterne umkreisen, wie unsere Sonne. Weniger als 10 Prozent in Multi-Star-Systemen. nach MDie meisten Sterne in der Milchstraße sind Mitglieder mehrerer Sternensysteme, wobei Schätzungen zufolge bis zu 80 Prozent in Partnerschaft mindestens einen anderen Stern umkreisen.

Denken Sie einen Moment darüber nach. Bedeutet dies, dass Exoplaneten um einzelne Sterne herum häufiger vorkommen – oder dass Exoplaneten um mehrere Sterne herum schwerer zu erkennen sind? Das Vorhandensein von mehr als einer Lichtquelle kann die sehr ähnlichen (aber viel kleineren) Signale, die wir von Exoplaneten zu erkennen versuchen, verzerren oder maskieren, aber es könnte auch ein Grund sein, warum Mehrsternsysteme die Planetenbildung in irgendeiner Weise erschweren.

Und das bringt uns wieder nach Hause, in unser eigenes Sonnensystem. So seltsam das Haus im Zusammenhang mit allem, was wir gefunden haben, klingt, es ist vielleicht gar nicht ungewöhnlich.

„Ich denke, es ist fair zu sagen, dass es tatsächlich sehr häufige Arten von Planeten gibt, die in unserem Sonnensystem fehlen“, sagt Bayliss.

„Superplaneten, die ein bisschen wie die Erde sind, aber den doppelten Radius haben, und wir haben so etwas nicht. Wir haben diese kleinen Neptune nicht. Also denke ich, dass es fair ist zu sagen, dass es einige sehr häufige Planeten gibt, die wir nicht haben.“ nicht in unserem Sonnensystem sehen.

„Ob das unser Sonnensystem dadurch rar macht oder nicht, ich würde wohl nicht so weit gehen, denn es könnte viele andere Sterne da draußen geben, die einen Haufen sonnensystemähnlicher Planeten haben, die wir noch nicht gesehen haben noch.“

Ich werde es herausfinden

Die ersten Exoplaneten wurden erst vor 30 Jahren entdeckt und umkreisen A Pulsar, ein ganz anderer Stern als wir. Seitdem hat sich die Technologie außer Sichtweite verbessert. Jetzt, da Wissenschaftler wissen, wonach sie suchen müssen, können sie immer bessere Wege finden, um es bei einer größeren Vielfalt von Sternen zu finden.

Und mit fortschreitender Technologie wächst auch unsere Fähigkeit, immer kleinere Welten zu finden.

Das bedeutet, dass die Exoplaneten-Wissenschaft möglicherweise kurz davor steht, Tausende von Welten zu entdecken, die unserem derzeitigen Blickfeld verborgen sind. Wie Horner betont, gibt es in der Astronomie mehr kleine Dinge als große Dinge.

Rote Zwergsterne sind ein perfektes Beispiel dafür. Sie sind die häufigste Art von Sternen in der Milchstraße – und sie sind sehr klein, nur etwa die Hälfte der Sonnenmasse. Es ist so klein und schwach, dass wir es mit bloßem Auge nicht sehen können, aber es ist verantwortlich bis zu 75 Prozent aller Sterne in der Galaxie.

Wenn es darum geht, Exoplaneten statistisch zu verstehen, arbeiten wir derzeit mit unvollständigen Informationen, weil es Arten von Welten gibt, die wir nicht sehen können.

Das wird sich ändern.

„Ich habe das nagende Gefühl, dass Sie, wenn Sie 20 Jahre zurückgehen würden, diese Aussagen, dass kleine Neptune die häufigste Art von Planeten sind, mit genauso viel Zweifel betrachten würden, wie Sie Daten aus den frühen 1990er Jahren betrachten würden, sagte sie kommen Sie nur auf felsige Planeten neben dem Stern“, sagte Horner gegenüber ScienceAlert.

„Nun, ich kann mich irren. So funktioniert Wissenschaft. Aber ich denke, wenn wir an den Punkt kommen, an dem wir Dinge von der Größe der Erde und kleiner entdecken können, werden wir feststellen, dass es mehr Dinge von der Größe der Erde gibt und kleiner als es Dinge von der Größe von Neptun gibt.“ .“

Und vielleicht werden wir feststellen, dass unser skurriles kleines Planetensystem mit all seinen Macken und Wundern doch nicht allein im Universum ist.