gov-civil-vilareal.ptEen passel van nieuwe planeten laat zien dat ons zonnestelsel heel raar is, en we weten niet waarom
>We zullen, dit is inderdaad heel cool nieuws : Astronomen hebben een nieuwe catalogus vrijgegeven van exoplaneten - buitenaardse planeten die in een baan om andere sterren draaien - die zijn gedetecteerd door het Kepler-ruimtevaartuig, en de totale telling is nu 2335 geverifieerde planeten, met 1700 meer die wachten om bevestigd te worden. Van deze, 30 Er is bevestigd dat ze ongeveer ter grootte van de aarde zijn en in een baan rond de bewoonbare zones van hun sterren draaien, met nog 20 in afwachting van bevestiging!
jane austen trots en vooroordelen boek
dat is geweldig . De nieuwe resultaten voegen 219 nieuwe exoplaneetkandidaten toe, waarvan 10 aardachtig.
Nu, dat is het flitsende nieuws (dat ik in een oogwenk zal uitleggen). Maar het interessantere wetenschappelijke nieuws is dat ze een duidelijk gebrek aan planeten hebben gevonden in een groottebereik tussen ongeveer 1,5 en 2,5 keer de diameter van de aarde. Sterren lijken het heerlijk te vinden om planeten tot ongeveer die grootte te maken, en springen dan over tot ongeveer 2,5 keer onze grootte. Waarom? En waarom zien we zulke planeten niet in? ons zonnestelsel?
Oké, laten we, voordat ik daar aan toe kom, het hele inhalen-met-wat-is-wat-ding doen.
Kepler is een ruimteobservatorium dat is ontworpen om te staren naar één plek aan de hemel met ongeveer 150.000 sterren. Het idee is dat als een ster planeten heeft en de baan van de planeet vanaf de aarde opzij wordt gezien, wanneer de planeet recht voor de ster passeert, we een dip in de helderheid van de ster zullen zien. Het is als een mini-eclips, genaamd a doorvoer .
Ik leg dit alles uit in de exoplaneten-aflevering van Crash Course Astronomy :
Spoedcursus astronomie: exoplanetenHet kost tijd om planeten daadwerkelijk te vinden, omdat je niet alleen moet wachten tot een planeet overgaat, maar ook voordat het gebeurt nog een keer , en dan weer een derde tijd. Een dip kan te wijten zijn aan allerlei problemen, zoals sterrenvlekken (zoals zonnevlekken, maar op andere sterren), of andere sterren in het gezichtsveld die de helderheidsresultaten beïnvloeden. Een tweede duik stelt vast wat? macht het jaar van een exoplaneet zijn (een dip, dan een andere een volledige baan later), maar het echte vertrouwen komt wanneer een derde wordt gezien na de tweede met een consistente timing (met andere woorden, een andere exoplaneet-omlooptijd later). Dan weet je zeker dat je een planeet hebt gevonden.
In de loop van de tijd zijn er catalogi uitgebracht met actuele Kepler-gegevens, en dit is de achtste van een dergelijke catalogus. Deze nieuwe omvat de eerste vier jaar van de missie en de astronomen hebben alle gegevens volledig opnieuw verwerkt, inclusief het gebruik van nieuwe en meer geavanceerde technieken die zijn ontwikkeld in de tijd sinds de eerste dergelijke release.
Als de baan van de planeet recht tegenover ons staat, zien we geen transit. Als het op het randje is, doen we dat. Credit: Greg Loughlin
Er zijn twee belangrijke aspecten van de gegevens. Een daarvan is de periode tussen dips, die je de lengte van het jaar van de planeet en de afstand tot de ster vertelt (Kepler is vernoemd naar Johannes Kepler, een astronoom die ontdekte dat de omlooptijd van een planeet in het zonnestelsel wiskundig gerelateerd is aan de afstand tot de zon, en die kan worden gegeneraliseerd voor een planeet die om een willekeurige ster draait). Het vertelt je ook ongeveer hoe heet de planeet is! Je moet de afstand weten, plus de temperatuur en de grootte van de ster; een koelere ster zoals een rode dwerg kan een planeet hebben die dichterbij draait dan Mercurius om de zon draait, maar toch koeler zijn dan de aarde.
Het andere aspect is de fractie van het sterrenlicht dat wordt geblokkeerd. Dat vertelt je de grootte van de planeet, ervan uitgaande dat je de grootte van de ster kent, wat we in de meeste gevallen doen van waarnemingen met behulp van het Keck-observatorium .
Na alle gegevens te hebben doorgenomen, vonden de astronomen 219 nieuwe mogelijke exoplaneten (voordat ze werden geclassificeerd als kandidaten). Hiervan zijn er 10 niet alleen ongeveer even groot als de aarde, maar draaien ze ook op de juiste afstand van hun gastster om gematigd te zijn, in wat astronomen de bewoonbare zone noemen. Het is ongeveer gelijk aan het temperatuurbereik dat nodig is om vloeibaar water aan het oppervlak te hebben, zoals we hier op de goede oude aarde doen. Dat is niet het enige dat nodig is om het leven te laten ontstaan, maar het is een goede plek om te beginnen.
Deze nieuwe catalogus brengt het totale aantal bekende planeten ter grootte van de aarde in een baan in de bewoonbare zone op 30.
Dat is een kavel . Ik weet dat het niet veel klinkt van de 150.000 sterren, maar bedenk dat niet alle planeten om hun sterren draaien, zoals gezien vanaf de aarde. De meeste staan schuin, dus vanuit ons gezichtspunt missen ze hun sterren, en we zien geen transit. Statistisch gezien missen we er zeker 99% van! Dus echt in dat stukje lucht dat Kepler in de gaten houdt, zijn er waarschijnlijk 3000 planeten ter grootte van de aarde in hun bewoonbare zones.
Maar wacht, er is meer: er zijn honderden miljarden sterren in de melkweg. Naïef extrapoleren betekent dat er miljarden van dergelijke planeten in de Melkweg zijn.
Miljarden .
Wauw.
Kunstwerk van een aardachtige planeet die rond een buitenaardse ster draait. Hoeveel van deze planeten zijn er in de Melkweg? Waarschijnlijk miljarden. Krediet: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle
[Artwork dat een aardachtige, zelfs aardachtige planeet afbeeldt die rond een buitenaardse ster draait. Hoeveel van deze planeten zijn er in de Melkweg? Krediet: NASA/JPL-Caltech/T. pyle]
Maar dit betekent ook iets anders. Wanneer u één object vindt, is het moeilijk om veel te weten over de klasse van objecten waartoe het behoort. Je hebt maar één voorbeeld! Als je een rare hagedis in de jungle vindt, is dat interessant, maar het laat je alleen zien dat zulke hagedissen bestaan. Zijn er grotere? Kleiner? Hoeveel zijn er? Hoe eten ze, waar leven ze, hoe verhouden ze zich tot andere hagedissen?
Hetzelfde met planeten. Het vinden van een is geweldig. Exoplaneten bestaan! Dat is enorm nieuws.
Maar de wetenschap begint pas echt als we meer vinden. Veel meer. duizenden meer. Dat is waar de exoplanetaire zoölogie begint.
En dat is waar we nu zijn. Met duizenden exoplaneten in de Kepler-catalogus beginnen trends zich te tonen. Veel gevonden planeten zijn gasreuzen zoals Jupiter, sommige zelfs veel massiever. Er zijn natuurlijk veel planeten zo groot als de aarde gevonden, en veel die iets kleiner zijn dan Neptunus.
Deze nieuwe catalogus laat echter iets heel vreemds zien : De astronomen hebben veel planeten gevonden die ongeveer even groot zijn als de aarde, tot ongeveer 1,5 keer onze diameter. Maar dan zakt het aantal ineens. Zodra je bij planeten komt die iets groter zijn dan twee keer zo groot als de aarde, nemen de cijfers weer toe. Dit was te zien in de oudere gegevens, maar nu zijn de gegevens compleet genoeg om aan te tonen dat dit geen storing is. Het is statistisch significant; dat wil zeggen, echt.
Een histogram van exoplaneetgroottes: het aantal gevonden planeten (verticale as) uitgezet tegen de grootte van de planeet (horizontale as). Let op de diop tussen 1 en 2 aardmassa's. Ter vergelijking wordt een kunstwerk van twee exoplaneten getoond. Credit: NASA/Ames/Caltech/Universiteit van Hawaï (B.J. Fulton)
dat is erg interessant. Aan de onderkant noemen we die planeten super-aarde, en aan de bovenkant zijn het mini-Neptunus (Neptunus is ongeveer 4 keer breder dan de aarde). In feite zijn mini-Neptunes qua aantal de meest voorkomende soort planeet die in het Kepler-monster wordt gevonden!
Dat is ook interessant. We hebben geen superaarde of een mini-Neptunus in ons eigen zonnestelsel. Om de een of andere reden, de meest voorkomende planeten in de melkweg zijn niet te vinden rond onze zon .
Dat vertelt ons iets belangrijks, hoewel het niet duidelijk is wat het is. We kunnen het echter raden. Planeten ontstaan uit een wervelende schijf van materiaal rond een jonge ster die de protoplanetaire schijf wordt genoemd . Details zijn ingewikkeld, maar over het algemeen worden eerst kleine korrels gevormd, die vervolgens groter worden als ze botsen met en aan andere korrels blijven kleven. Gedurende miljoenen jaren zwellen deze op tot een kilometer of zo (we noemen deze planetesimalen), en deze botsen om veel grotere protoplaneten te vormen, zo'n duizend kilometer breed.
Tekening die de relatie tussen planeten toont. Allemaal van de protoplanetaire schijf; sommige worden groot genoeg om gasreuzen te zijn, andere blijven klein zoals de aarde. Maar sommige kleintjes groeien uit tot mini-Neptunes. Alle drie de planeetgroepen zijn verschillend. Krediet: NASA/Kepler/Caltech (T. Pyle)
Deze worden de kernen van echte planeten zoals de aarde. Als materiaal opraakt tegen de tijd dat de protoplaneet de grootte van de aarde bereikt, stopt het met groeien. Maar als er nog spullen zijn, kan het groter worden. Zodra het ongeveer 1,5 keer de diameter van de aarde heeft bereikt (wat het meer dan 3 keer de massa van de aarde zou geven)*) de zwaartekracht sterk genoeg wordt om lichtere gassen zoals waterstof en helium vast te houden. Dit is een keerpunt voor de jonge planeet, omdat er veel van dat gas in de buurt is. Het kan veel groter worden en over de kloof springen om een mini-Neptunus te worden (tenminste; het kan ook uitgroeien tot een echte gasreus zoals Saturnus of Jupiter, maar deze komen veel minder vaak voor dan mini-Neptunes).
Tenminste, dat is de huidige gedachtegang. Maar als het waar is, waarom zijn er dan geen van deze superaarde of mini-Neptunus hier in een baan om de zon? Dat wordt niet begrepen. Hypothesen zijn er in overvloed, en men heeft te maken met Jupiter. Naarmate het groter werd, zou Jupiter interactie hebben gehad met de protoplanetaire schijf en naar de zon migreren terwijl het materiaal van de schijf aanzuigde. Het bracht de schijf daar in beweging, en eventuele protoplaneten die zich zouden vormen, zouden tegen elkaar zijn ingeslagen, waardoor puin werd weggeslingerd. Veel daarvan werd uit het binnenste zonnestelsel geslingerd, maar wat overbleef vormde de planeten die we nu zien. Omdat er minder materiaal was, zijn de planeten van de tweede generatie die we in het binnenste zonnestelsel hebben kleiner. Daarna trokken de zwaartekrachtinteracties met Saturnus Jupiter terug naar buiten, en we hebben het systeem dat we nu zien.
Dat kan wel of niet juist zijn; astronomen zijn nog in de beginfase om dit uit te zoeken! Alleen al kijkend naar ons eigen zonnestelsel, is het moeilijk om te weten wat wat is. Vergelijken en contrasteren is een uitstekende manier om de mysterieuze oorsprong en groeipijnen van ons lokale systeem aan het licht te brengen, en het goede nieuws is dat we nu een heleboel andere planetaire systemen hebben waarmee we de onze kunnen vergelijken.
Dit is een niet zo vriendelijke herinnering aan een van de meest wonderbaarlijke aspecten van de astronomie: wanneer we naar het heelal kijken, staren en de objecten bestuderen, vinden we biljoenen en biljoenen kilometers ver weg, we ontdekken dat we ons eigen huis begrijpen beter.
Als dat de enige reden was waarom we aan wetenschap deden, dan zou dat alleen al de moeite waard zijn.
*De massa van een planeet hangt af van het volume en het volume neemt toe als de derde macht van de straal. Dus een planeet die 1,5 keer groter is dan de aarde heeft 1,5 x 1,5 x 1,5 = 3,4 de massa van de aarde. Dit is een ruwe schatting, maar komt in de buurt. Het punt is dat de zwaartekracht veel sterker is.
[Top afbeelding tegoed: N ASA/JPL-Caltech ]
