Si el sistema solar de Alpha Centauri A reflejara exactamente el nuestro, ¿qué seríamos capaces de detectar?

Esta es una pregunta amplia y demasiado amplia para que yo la responda de manera exhaustiva. Debe desglosarse en métodos doppler, tránsitos e imágenes directas; y eso es antes de que lleguemos a las preguntas sobre la detección de cinturones de Kuiper, emisiones de radio, etc.

Me quedaré por el momento con lo que sé sobre la detección de planetas usando la técnica de bamboleo doppler.

Técnica Doppler

La semiamplitud de la velocidad radial refleja de una estrella para el caso de un planeta de masa$m_2$orbitando una estrella de masa$m_1$, en una órbita elíptica con excentricidad$e$, y periodo orbital$P$y con un eje orbital inclinado en$i$a la línea de visión desde la Tierra es:

$$\left( \frac{2\pi G}{P}\right)^{1/3}\frac{m_2 \sin i}{m_1^{2/3}} (1-e^2)^{-1/2}.$$ Clubb (2008) proporciona una derivación (muy) detallada .

Así que construí una pequeña hoja de cálculo y supuse que todos los planetas se veían de manera óptima en$i=90^{\circ}$(no todos podrían verse de manera óptima, pero la menor inclinación sería de aproximadamente$i=83^{\circ}$para Mercurio, por lo que no hace mucha diferencia) También supondré que la masa de Alpha Cen A es de aproximadamente$M \simeq 1.1M_{\odot}$.

los resultados son

Los límites de lo que es posible están bien ilustrados por un planeta alrededor de Alpha Cen B, supuestamente en una órbita de 3 días y con una masa similar a la de la Tierra ( Dumusque et al. 2012 , y ver exoplanets.org ). La semiamplitud de la velocidad radial detectada aquí fue$0.51\pm 0.04$m/s, y algunos espectrógrafos, en particular los instrumentos HARPS, ofrecen habitualmente una precisión inferior a 1 m/s. Por lo tanto, Júpiter y Saturno serían detectables, Urano y Neptuno están justo al borde de la detectabilidad (recuerde que puede promediar muchas observaciones de RV), pero no se encontrarían los planetas terrestres (las detecciones de la Tierra requerirían precisiones por debajo de 10 cm/s. Recuerde también que las señales más débiles tendrían que extraerse de las señales más grandes debido a los planetas similares a Júpiter y Saturno.

Sin embargo, existe una segunda limitación: para encontrar un planeta utilizando el método doppler, debe observar al menos una fracción significativa del período orbital. Dado que las precisiones m/s actuales han estado disponibles solo durante$\sim 5$años, es poco probable que Saturno haya sido detectado todavía .

Se puede obtener una imagen que ilustra la situación en el sitio web exoplanets.org, al que he agregado líneas que aproximan dónde estarían las semiamplitudes RV para una precisión de 10 m/s y 1 m/s (suponiendo que la masa Alpha Cen A y órbitas circulares). Lo he marcado en la Tierra, Júpiter y Saturno. Tenga en cuenta que se han descubierto pocos objetos por debajo de la línea de 1 m/s. También tenga en cuenta la falta de planetas entre las líneas de 1 y 10 m/s con períodos de más de un par de años: el aumento reciente en la sensibilidad aún tiene que alimentar los descubrimientos de exoplanetas de menor masa y período más largo.

En conclusión: solo Júpiter se habría encontrado hasta ahora mediante la técnica doppler.

Técnicas de tránsito

También agregaré algunos comentarios sobre la técnica de tránsito. La detección de tránsito solo funcionará si los exoplanetas orbitan de tal manera que se cruzan frente a la estrella. Así que altas inclinaciones son obligatorias. Alguien que sea mejor en trigonometría esférica debería usar los datos publicados para el sistema solar para calcular cuántos (y cuáles) planetas transitan en alguna orientación altamente óptima. Dado que los planetas tienen inclinaciones orbitales con una dispersión de unos pocos grados, algo de trigonometría sencilla y una comparación con el radio solar le indica que estas órbitas generalmente no transitarán todas para un ángulo de visión en particular. De hecho, varios de los sistemas de tránsito múltiple descubiertos por Kepler son mucho más "planos" que el sistema solar.

El satélite Kepler es/era capaz de detectar planetas muy pequeños en tránsito gracias a su muy alta precisión fotométrica (la caída en el flujo es proporcional a la raíz cuadrada del radio del exoplaneta). La imagen a continuación, presentada por el equipo Kepler de la NASA (un poco desactualizada ahora), muestra que se han descubierto candidatos planetarios que tienen el tamaño de Marte. Sin embargo, estos tienden a estar en órbitas de período corto porque una señal de tránsito debe verse varias veces, y Kepler estudia esta parte del cielo durante aproximadamente 2,5 años (cuando se produjo este gráfico).

Entonces, desde este punto de vista, posiblemente se habría visto a Venus, pero ninguno de los otros planetas pudo confirmarse.

Sin embargo, hay una arruga. Alpha Cen A es demasiado brillante para este tipo de estudios y mucho más brillante que las estrellas de Kepler. Tendría que construir un instrumento o telescopio especial para buscar tránsitos alrededor de estrellas muy brillantes. Parte de este trabajo se ha realizado mediante estudios terrestres (principalmente para encontrar Júpiter calientes). Un nuevo satélite llamado TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite, lanzado en abril de 2018) es una misión de dos años, enfocada en encontrar planetas pequeños (del tamaño de la Tierra y más grandes) alrededor de estrellas brillantes. Sin embargo, la mayoría de sus objetivos (incluido Alpha Cen) solo se observan durante 1 o 2 meses, por lo que solo se investigarán las partes internas de sus sistemas planetarios.

Primero, creo que la respuesta de Rob Jeffries es brillante. Solo agregaré algunos puntos menores que podrían valer la pena mencionar.

¿Qué seríamos capaces de detectar y con qué telescopio(s)?

Alpha Centauri A es una estrella binaria con Alpha Centauri B y tienen un tamaño lo suficientemente cercano como para no tener L4 o L5 estables, por lo que cualquier cosa que orbite cualquiera de ellos tendría que estar muy cerca (distancia de Mercurio quizás Venus) o muy lejos y muy frío, mucho mayor que la distancia de Plutón, orbitando ambas estrellas como lo hace Próxima Centauri.

Si pones a Júpiter en su órbita solar alrededor de A o B, el efecto de 3 cuerpos casi con seguridad crearía una órbita extremadamente inestable para el planeta que probablemente no duraría mucho, entonces, una respuesta a esta pregunta es que nuestro sistema solar tipo de órbita alrededor de A o B es imposible.

¿Podríamos detectar transmisiones de radio y/o alguna atmósfera?

Por ahora, nuestra detección de la atmósfera es muy limitada y solo para planetas grandes muy cerca de sus estrellas, pero el artículo dice que están trabajando en eso con telescopios más grandes en camino, así que tal vez en unos años obtengamos algo. en eso para los planetas de la zona habitable.

detección de atmósfera de exoplanetas

Sobre las ondas de radio y, vale la pena mencionar, la luz visible, no pude encontrar un buen artículo, pero si un planeta alienígena dispara un mensaje hacia nosotros en un haz estrecho, entonces, estoy seguro de que podríamos detectarlo, siempre que disparen un haz lo suficientemente grande, pero ¿podríamos detectar otra tierra con nuestra salida actual? No creo que estemos cerca de ese tipo de tecnología de detección.

(y si me equivoqué en algo, agradezco la corrección).

(Pregunté algo como esto durante una conferencia de von Karman por Neil Turner)

¿Te respondió? ¿Dijo algo bueno?

La respuesta de Neal Turner de la conferencia "El nacimiento de los planetas" von Karman

¿Cómo detectaríamos planetas alrededor de una copia idéntica y lejana de nuestro sistema solar? ¿Nuestros planetas necesitarían ser detectados usando el método de tránsito?

En general, sí. Júpiter probablemente podrías detectarlo por el método de la velocidad radial si estás dispuesto a esperar una órbita o tal vez dos para estar seguro, así que 12 años para que Júpiter gire alrededor del sol.

Los otros planetas serían realmente difíciles. Si transitaran podrías detectarlos con tecnología similar a la nuestra. Tendrías que tener suerte porque nuestro sistema solar no es compacto como [otros descubiertos por Kepler]; está bastante disperso. Si tiene un planeta muy cerca de su estrella, tiene una buena posibilidad, si tiene una orientación aleatoria, de que estará en su línea de visión. Si está muy lejos, hay muchas más posibilidades para su orientación y hay una probabilidad mucho menor si las cosas son aleatorias de que lo coloque exactamente en su línea de visión.

Entonces, que alguien vea nuestro Júpiter desde una estrella cercana es mucho menos probable que nosotros veamos un Júpiter caliente. Solo hay una pequeña cantidad de extraterrestres mirando nuestro sistema solar y viéndolo a través de tránsitos en este momento.