Perché i nostri telescopi non riescono a trovare «il nono pianeta»?

La Storia dell'astronomia è stata una storia di ritirata orizzonti. L'invenzione del telescopio ha noi al di là delle capacità occhio nudo, a milioni (e miliardi) stelle della nostra via Lattea. L'applicazione foto e pieno delle onde astronomia telescopi spaziali di ha noi oltre la nostra galassia lontana «Universi isola», abitano tutto lo spazio, a cui possiamo accedere. Tuttavia, nonostante tutto ciò che sappiamo sull'Universo lontano, nel nostro sistema Solare possono essere chiusi mondi. Come così?

Perché non siamo in grado di trovare un nuovo pianeta nel sistema Solare

Se gli scienziati possono utilizzare telescopi a caccia di pianeti, galassie, pianeti extrasolari e altre di altri, perché non possono semplicemente prendere e la scansione del nostro sistema Solare in cerca di un randagio dal centro pianeti «X» e altri corpi celesti?

C'è una parola chiave che avete bisogno di capire, prima che ci occuperemo di questo problema: la grandezza. Dal punto di vista astronomico ogni oggetto è insita luminosità, definita quantità emessa loro luce. Nel caso di un oggetto come il nostro Sole, per quanto riguarda la sua luminosità, perché il Sole crea energia ed emette in tutte le direzioni. Nel caso di oggetti come la nostra Luna, per quanto riguarda la sua luce riflessa, perché non ha la propria luminosità.

Se si guarda alla Luna in fase di mezzaluna, si può vedere la superficie, che non illuminata dal Sole. Non è quello per il trucco atmosfera della Luna (perché lei ha quasi nessuno), e il cosiddetto cenere luce della Luna: la luce solare riflessa dalla Terra e cade sulla Luna.

La Differenza di luminosità tra questi esempi mostrano quanto sia grande la differenza tra la luce riflessa e luce propria.

Ma c'è un altro dettaglio che evidenzia le differenze di luminosità tra il Sole e la Luna, e la Luna e tutti gli altri nel cielo notturno. La luna non ha il diritto di essere più luminoso di una stella, pianeta o galassia nel cielo, sulla base di un miserabile grandezza. Infatti, la Luna più fioca di un oggetto visibile ad occhio nudo da qualsiasi punto della Terra. E tutto sembra più luminoso di tutto, tranne del Sole.

La Ragione di questo è che la Luna è molto vicino, e che la sua luminosità non coincide con osservabile — o apparente — luminosità.

Il più lontano si trova l'oggetto, tanto meno brillante che sembra. Tuttavia, questo non è qualcosa che una regola generale che si applica, è quantificare la dipendenza, che ci permette di definire, per quanto brillante o debole sembra un oggetto a seconda della distanza da lui. In poche parole, la luminosità (b) cade come il reciproco del quadrato della distanza o b ~ 1/r2.

Posizionare un oggetto due volte più lontano e la sua luminosità scende a quattro volte. Posizionare dieci volte di più — e cadrà in un centinaio di volte. Posizionare mille volte sopra, la luminosità scende un milione di volte.

Per qualsiasi oggetto che emette luce propria, questi due fattori determinano visibile luminosità: luminosità interna e la distanza dall'osservatore.

Questi due fattori, forse, più importanti, che devono essere considerati per determinare il tipo di telescopio, che sarà costruito. Vuoi vedere qualcosa di più tenue? Avrete bisogno di raccogliere più luce, quindi avrai bisogno di un telescopio piu ' grande, o dovrà osservare un punto del cielo più a lungo.

Se i soldi e la tecnologia non aveva alcun valore, si sarebbe ogni volta scelto un grande telescopio. Raccogliere telescopio a due volte di più, e non solo raccolgono quattro volte più luce, ma anche un raddoppio della risoluzione. Per raccogliere quattro volte più luce, guardando più a lungo, è necessario spendere quattro volte di più tempo e non ottenere quasi nessun aumento di risoluzione.

I Più grandi telescopi che abbiamo, sono in grado di visualizzare gli oggetti con la massima risoluzione possibile e definire le loro parti nel più breve tempo possibile.

C'è anche una filosofia di campo visivo. Qual è lo scopo? Vedere più fioca oggetto di possibili? O vedere il più possibile il campo Universo?

Qui scendere a compromessi. Il tuo telescopio è in grado di raccogliere una certa quantità di luce, visualizzando una piccola area con grande precisione o una grande zona con una piccola precisione. Proprio come un microscopio in grado di raddoppiare l'ingrandimento, il doppio riducendo il diametro del campo visivo, un telescopio in grado di penetrare a fondo nell'Universo, restringimento del suo campo visivo.

Diversi telescopi sono ottimizzate per scopi diversi. Ma il compromesso è molto grave. Se vogliamo guardare più profondamente possibile, dovremo scegliere una molto piccola regione di cielo.

Questo хаббловское estremamente profonda campo. Una piccola regione di spazio visibile su diverse lunghezze d'onda per un totale di 23 giorni. La quantità di informazioni che abbiamo tirato fuori, è semplicemente incredibile: abbiamo trovato 5500 galassie in questo piccolo pezzo di cielo. Più gli oggetti opachi in questo pezzo letteralmente a 10 000 000 000 volte più debole di quello che si può vedere al limite della loro occhio nudo.

Grazie allo specchio di grande diametro, osservazioni su diverse lunghezze d'onda, posizione nello spazio, un grande aumento e un piccolo campo di vista, «Hubble» ha potuto individuare più deboli della galassia, che solo si può vedere. Ma anche questo ha un prezzo: questa foto, alla cui realizzazione ci sono voluti 23 giorni, comprende un totale di 1/32 000 000 parte del cielo.

D'altra parte, è possibile vedere e così. Questa foto è stata scattata dal telescopio Pan-STARRS, che ogni notte controlla tutto il cielo visibile dal suo posto sulla Terra. È paragonabile per dimensioni con il telescopio spaziale Hubble, ma ottimizzatoper le riprese a campo largo, scegliendo una maggiore copertura del cielo invece di aumentare.

Come conseguenza, si può rilevare oggetti che si trovano praticamente in qualsiasi parte del cielo; solo estremo polo sud è tagliato fuori a causa della posizione del telescopio nell'emisfero settentrionale. Pan-STARRS cattura 75% cielo e perfettamente registra i cambiamenti tra i punti luce. Lo si può trovare comete, asteroidi, gli oggetti della cintura di Kuiper e molto altro ancora. Ma questi oggetti deve essere migliaia di volte più luminoso, più tenui di quelli che si «Hubble».

Come non vogliamo, non possiamo semplicemente esplorare tutta esterno del sistema Solare con la necessaria approssimazione, per trovare tutto ciò che è in essa. Сверхглубокий, сверхтусклый panoramica di tutto il cielo, probabilmente, non sarà mai possibile a causa di limitazioni tecnologiche; possiamo vedere in uno specchio in un intervallo ristretto o luminoso in largo, ma non entrambi contemporaneamente.

C'è anche un altro fattore limitante, che affonda le sue radici all'inizio: questi oggetti riflettono solo la luce del sole. Se si guarda al sistema Solare esterno su due oggetti identici, ma uno sarà due volte più lontano di un altro, sarà in sedici volte dimmer. Ciò è dovuto al fatto che con il passare del tempo la luce solare colpisce un oggetto lontano e lo diventa sempre più un quarto, ma poi la luce riflessa deve passare in due una distanza maggiore ai nostri occhi, portando il totale visibile luminosità scende come b ~ 1 / r⁴. Anche se nella nube di Oort, era un mondo di dimensioni , non lo avremmo mai trovato.

Abbiamo molti telescopi sono in grado di vedere incredibilmente gli oggetti opachi, ma abbiamo bisogno di sapere dove inviarli. Abbiamo un sacco di telescopi capaci di osservare enormi porzioni di cielo, ma si possono vedere solo gli oggetti più luminosi, e deboli no. Per quanto riguarda gli oggetti nel nostro sistema Solare, perché riflettono la luce del sole, e non emettono il proprio, non è possibile vedere alcun moderno telescopio, se sono oltre la distanza specificata.

Si Scopre che, nonostante tutte le nostre conoscenze sull'Universo e del nostro pianeta, i cortili del nostro sistema Solare possono rimanere sempre per noi una miniera di sorprese.

Un telescopio da costruire? Dì nel nostro