za_neptunie (za_neptunie) wrote,
za_neptunie
za_neptunie

В дополнение о современных ограничениях на неизвестные планеты на окраинах Солнечной Системы



                                    Источник.


   Вчера снова появился повод для обсуждения возможности существования неизвестных планет за орбитой Нептуна. Уважаемый the_blasted_one в комментариях упомянул, что ищет публикации о работах, которые ведутся на новом обзорном гавайском телескопе Pan-STARRS в этой области. Возможно, именно на этом телескопе и будет обнаружена девятая планета Солнечной Системы (если она конечно существует). Поэтому я тоже решил подробнее рассмотреть возможности этого телескопа.


   Но для начала немного предисловия. Стоит пояснить, как современные астрономы ищут неизвестные астероиды или карликовые планеты на ночном небе. Для этого обычно делается 3-4 снимка одного и того же неба:







    Если внимательно посмотреть на эти снимки, то можно заметить, что одна из звезд на этих снимках двигается на северо-запад. Когда-то астрономы искали такие движущиеся точки вручную, сравнивая несколько снимков, то теперь это делают специальные программы на компьютерах.

    Но тут возникает логичный вопрос, зачем астрономы делают 3-4 снимка неба, если достаточно сделать всего один снимок и сравнить его с архивным снимком звездного неба, чтобы обнаружить на небе неизвестный астероид или карликовую планету? Дело в том, что на снимках наблюдается ещё больше других переменных источников света. В большинстве случае, это отпечатки космических лучей, переменные звезды, вспышки далеких сверхновых и т.д. Число таких переменных источников на снимках во много раз превышает число движущихся объектов Солнечной Системы. Единственное их отличие от движущихся объектов Солнечной Системы в их случайном расположении и случайном времени появления, в то время как астероиды и планеты нашей системы движутся строго по эллиптическим орбитам. Но для того чтобы их отличить требуются очень значительные вычислительные возможности (число переменных объектов во много раз превышает число астероидов). В связи с этим астрономы для поиска неизвестных объектов предпочитают просто делать несколько снимков одного и того же участка неба, на которых астероиды или планеты сдвигаются на небольшое угловое расстояние по сравнению с переменными источниками. К архивным снимкам обычно начинают обращаться лишь с целью уточнения орбиты уже открытого объекта. Так, к примеру, изображения Плутона были найдены на снимках за много лет до его официального открытия.

    Подобным методом чаще всего и искали неизвестные объекты во внешних областях Солнечной Системы. Самый продуктивный подобный обзор был проведен на 1.2-метровом Паломарском телескопе в начале 00х годов 21 века. Этот обзор был оптимизирован для поиска движущихся объектов до 100 а.е. и яркостью до 21.5 звездных величин. Можно отметить его чувствительность на ранее показанной схеме:




    Естественно эта схема не является абсолютно точной. Так как яркость несветящихся объектов зависит не только от их размера, но и от свойств их отражающей поверхности (альбедо). Кроме того, этот обзор покрыл лишь небо, видимое из Калифорнии. При этом поиск избегал плотных звездных полей Млечного Пути, потому что там очень высокая плотность переменных объектов, и найти койпероиды крайне сложно. Но в целом обзор оказался очень результативным. Он открыл большинство известных на сегодняшний день карликовых планет (Эриду, Макемаке, Хаумеэ, Квавар и т.д.).
 
   Самым необычным открытием было открытие Седны. Тысячекилометровый планетоид имел апоцентр своей орбиты около 1000 а.е, и поэтому мог быть обнаружен этим обзором лишь на 1/40-1/120 части своей орбиты. В связи с этим было решено провести дополнительный обзор, который был бы уже чувствителен до 1000 а.е. (искал объекты, которые смещаются на 0.2 угловых секунд за 1 час). Этот обзор покрыл около 12 тысяч квадратных градусов неба до 21.3 звездной величины в 30 градусной полосе вокруг эклиптики. В тоже время он снова избегал плотных звездных полей Млечного Пути:



    Данный обзор уже ни смог найти никаких новых объектов. Из-за того, что глубина обзора была примерной той же, новый обзор был чувствителен на больших расстояниях лишь до планет размером с Нептун или Юпитер. Так, к примеру, Юпитер на расстояние в 2500 а.е. будет обладать яркостью в 25 звездных величин, а на расстояние в 1400 а.е. в 21 звездную величину. Можно схематично отметить чувствительность нового обзора зеленой линией:



    Похожий обзор примерно в тоже время был проведен и на другом телескопе: 0.9-метровом телескопе Spacewatch. При похожей чувствительности (до 21 звездной величины), он искал в 2 раза более медленные объекты (до 0.012 угловых секунд в час). Для этого анализировались снимки, сделанные в разные ночи. Поэтому можно отметить его также на прошлой схеме синей линией:



    Этот обзор покрыл 8 тысяч квадратных градусов в 10 градусной полосе эклиптики. Он также избегал плотных звездных полей Млечного Пути:





   Для иллюстрации насколько трудоёмки такие поиски, достаточно привести факт, что в последнем случае анализировались снимки неба общим объемом в 2 ТВ.


   В тоже время закон Мура делал всё более доступным трудоемкие вычисления и возможность хранения огромного количества информации. Поэтому в эти годы астрономы смогли приступить к поиску неизвестных объектов при анализе однотипных снимков, сделанных в разные годы и разные дни. Лучше всего для этой цели подходили снимки обзоров, которые ищут опасные околоземные астероиды. В начале 21 века самым продуктивным подобным обзором был обзор Каталина. В ходе него наблюдалось сразу и южное, и северное небо. Подробнее об этом анализе я писал здесь.

   Чувствительность обзора колебалась от 19 до 19.5 звездных величин. В ходе анализа удалось обнаружить лишь уже известные объекты. Но это был первый анализ, который не имел ограничений по угловой скорости перемещения в час (красная линия на схеме):




   Анализ также имел многочисленные “слепые зоны“, в основном на Млечном Пути и в полярных регионах:



     Сверху показано покрытие неба обзором CSS (Catalina Sky Survey). Снизу обзором SSS (Siding Spring Survey). Цифры показывают число сезонов, в ходе каждого из которых было получено как минимум 4 снимка. Об огромном объеме вычислений для этого анализа говорит простой факт, что для его выполнения понадобилось 6 месяцев работы современного суперкомпьютера.


     Почти одновременно с этим были опубликованы результаты поисков в данных инфракрасного обзора WISE. Этот обзор мог обнаружить либо очень близкие объекты (астероиды и кометы), либо очень далекие (ближайшие коричневые карлики) на расстояниях в 20 – 100 тысяч астрономических единиц:



    Такая избирательность связана с тем, что у обзора было лишь два вида интервалов между снимками: в несколько часов и полгода. Тем не менее, такая чувствительность является очень высокой. Юпитер или Сатурн в оптическом диапазоне на таких расстояниях будут слабее 30 звездной величины (то есть доступны лишь для крупнейших оптических телескопов):



    Возможно, в будущем в данных WISE будет произведен поиск более близких объектов. Этому способствует факт, что во время расширенной четырехлетней миссии телескопа, для каждого участка неба будет получено до 100 отдельных снимков.


    Теперь перейдем к телескопу Pan-starrs, с которого и началась эта заметка. Десять лет назад планировалось, что этот проект будет состоять из 4-х 1.8-метровых телескопов, которые каждую неделю будут фотографировать все небо, видимое с Гаваев до 24 звездной величины. Однако реальность оказалось скромнее. Удалось построить лишь 2 телескопа, при этом, на первом телескопе имелись многочисленные дефекты. Тем не менее, этот телескоп уже стал самым продуктивным обзором по числу открытий околоземных астероидов и сверхновых (опередив обзор Каталина), а также и коричневых карликов – компаньонов близких звезд. Дополнительно он помог обнаружить несколько неизвестных спутников нашей галактики.

   Новый телескоп начал делать и эпизодические открытия объектов во внешних областях Солнечной Системы. На данный момент опубликовано открытие 6 ТНО и 45 Кентавров. Большинство из этих открытий 20-21 звездной величины, но в отдельных случаях наблюдается яркость в 23 звездных величины. Опубликованная астрометрия в Центре малых планет говорит, что все открытия были сделаны с помощью снимков, сделанных с интервалом в несколько десятков минут. Это значит, что чувствительность этого поиска пока ограничена примерно 100 а.е. (желтая линия):



    Но в будущем, вероятно, после начала работы нового телескопа PS2, и анализа всех доступных архивных снимков за много лет станет возможным обнаружить любые движущиеся объекты Солнечной Системы на любых расстояниях:




   В настоящее время планируется, что оба телескопа Pan-starrs будут заниматься поисками околоземных астероидов на всем небе, видимом с Гаваев за исключением плотных звездных полей Млечного Пути. Возможно, эти поиски и помогут обнаружить неизвестную девятую планету в Солнечной Системе.
Tags: Девятая планета, наблюдательные пределы
Subscribe
promo za_neptunie july 10, 2014 20:36 8
Buy for 30 tokens
Число постов в блоге перевалило за сотню, поэтому я решил систематизировать их по различным тематиками. Это поможет мне и моим читателям быстрее находить в блоге интересную информацию. Последнее обновление от 4 августа 2014 года Венера Новая книга о Венере Венера-Экспресс готовится к…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments