[Al_Ganonim]

Powtórka z rozrywki: miałem odpisać na rozkminy @enforcer & @Mordeusz, jakiego potrzeba teleskopu, żeby zaobserwować planetę leżącą na skraju obserwowalnego Wszechświata. I tym razem wyszedł mi przydługawy komentarz, dlatego umieszczam go jako osobny wpis.

Jak zaobserwować taką exoplanetę? Już dziś obserwuje się (największymi teleskopami na świecie) zaćmienia planet. Jak planeta chowa się za swoją gwiazdę macierzystą, to nie widzimy tego światła gwiazdy, które odbijało się od powierzchni planety w naszym kierunku. Takie obserwacje są wykonywane, a sygnał jest na granicy detekcji. Po prostu obserwujemy światło całego układu i czatujemy na pojaśnienia (więcej odbitego światła) lub spadki jasności (planeta tranzytuje lub jest schowana za gwiazdą).

Inna sprawa to zaobserwowanie wyłącznie światła odbitego. Żeby coś takiego się udało, to trzeba rozdzielić kątowo na niebie "plamkę" gwiazdy i "plamkę" planety. Taka technologia nazywa się obrazowaniem bezpośrednim i mamy już trochę planet zaobserwowanych za jej pomocą. Problem jest taki, że te planety muszą być bardzo daleko od swojej gwiazdy macierzystej (co najmniej kilkanaście, kilkaset jednostek astronomicznych) i muszą być bardzo wielkich rozmiarów (potężne Jowisze). Póki co, możemy tę technikę zastosować tylko do najbliższych układów pozasłonecznych (nie dalej jak kilkaset lat świetlnych).

Tak na szybko policzę, jakim teleskopem trzeba dysponować, żeby kątowo rozdzielić na niebie Ziemię orbitującą wokół Słońca, na którą będziemy patrzeć z odległości 10 miliardów lat świetlnych:

Odległość kątowa między taką Ziemią a Słońcem jest:
0,000000000326 sekundy łuku, czyli 9.056 * 10^(-14) stopnia.
Jeśli chcemy rozdzielić je w teleskopie, zastosujemy kryterium Reighley'a:

R=1.22*lambda/D

R - minimalna separacja na niebie [rad]
lambda - długość fali obserwowanej [m]
D - średnica zwierciadła teleskopu [m]
Po przekształceniu i podstawieniu liczb wychodzi, że teleskop zdolny zobaczyć osobno planetę i gwiazdę musiałby mieć zwierciadło o średnicy co najmniej 772 000 kilometrów. I to cacko musiałoby latać po kosmosie, a nie stać na Ziemi, bo atmosfera.

Można to przeskoczyć stosując metody interferencyjne, ale co z ilością światła odbitego przez planetę? Tu użyję sztuczki, w której po prostu przeskaluję sobie jakieś dane ze znanej planety obserwowanej technologią obrazowania bezpośredniego. Na tapetę wezmę układ gwiazdy HR 8799. Wziąłem go, bo znaleziono tam kilka planet w różnej odległości od gwiazdy macierzystej, a wszystkie są mniej więcej tej samej masy (a więc i rozmiar mają podobny) i leżą w różnych odległościach od swojego HR Słońca. Ilość światła, która padnie na teleskop maleje z kwadratem odległości, a ilość światła zebranego przez teleskop rośnie z kwadratem promienia zwierciadła teleskopu. Można więc, tak na szybko, przeskalować sobie odległość z tych znanych exoplanet do odległości hipotetycznej exoplanety leżącej 10 mld lat świetlnych od nas. Przydatne informacje: układ HR 8799 leży 130 lat świetlnych od nas, a teleskopy potrzebne do zaobserwowania jego planet miały powierzchnię efektywną zwierciadła odpowiadającą jakimś 14 metrom średnicy.

14 m * 10 000 000 000 ly / 130 ly = 1.08 mln km

Uhm, that went well ( ͡° ʖ̯ ͡°)

Wychodzi na to, że potrzeba zwierciadła o średnicy miliona kilometrów, żeby zebrać odpowiednią ilość światła do otrzymania obrazu exoplanety oddalonej o 10 mld lat świetlnych. Takich zwierciadeł zmieściłoby się tylko 150 między Ziemią a Słońcem. Oczywiście nic nie jest takie proste i w realnych obserwacjach pojawia się coś takiego jak ekstynkcja, która pochłania światło i jest obecna w galaktyce (naszej i każdej po drodze światła). Do tego obliczenia rozmiarów teleskopu prowadziłem dla bliskiej podczerwieni i nie uwzględniałem przesunięcia ku czerwieni. Jakby je brać pod uwagę, to rozmiar zwierciadła potrzebny do rozdzielenia gwiazdy i exoplanety wzrośnie jakieś 2 razy. Gdyby nie to, można by optymalizować metody obserwacji wyciągając większy stosunek sygnału do szumu, co zmniejszy konieczny minimalny rozmiar zwierciadła (może nawet jakieś 10 razy), jednak nie pomoże to nic przy odzyskiwaniu zdolności rozdzielczej teleskopu. Tak czy siak, trzeba dysponować teleskopem o szerokości apertury sięgającej miliona kilometrów.

Tymczasem my tu w Krakowie w #oauj dysponujemy teleskopem o średnicy zwierciadła pół metra :P, używamy teleskopów kosmicznych o aperturze 0.95 metra, wyjeżdżamy sobie obserwować teleskopami o średnicy 8 metrów, a największe jakie nam wpadną w ręce to te o średnicy 10 metrów. Na obrazowanie exoplanet poza naszą Galaktyką musimy jeszcze nieco poczekać ( ͡° ͜ʖ ͡°)

Tak myślę, że to wystarczy na #nocnerozkminy :P Do tego wypadałoby dorzucić swój tag: #astronomiaodkuchni oraz jakieś #ciekawostki, bo to było związane z #kosmos i #astronomia. #dobranoc :)

[Noct]

@Al_Ganonim: W sumie śmiesznie, gdzieś bardzo daleko, przy bardzo dogodnych warunkach, ktoś może sobie siedzieć i myśleć, że wciąż #!$%@? się dzidami ( ͡° ͜ʖ ͡°)

[Mordeusz]

@Noct: Z drugiej strony ktoś gdzieś będący kilka tys. lat świetlnych od nas może widzieć, że właśnie budujemy piramidy w Egipcie :)

[Al_Ganonim]

teleskop zdolny zobaczyć osobno planetę i gwiazdę musiałby mieć zwierciadło o średnicy co najmniej 772 000 kilometrów. I to cacko musiałoby latać po kosmosie, a nie stać na Ziemi, bo atmosfera

@Al_Ganonim: Ech, kurde mol :P My astronomy tak już mamy. Się policzy i nie pomyśli. Weź człowieku postaw taki teleskop na Ziemi.

@Mordeusz: A ktoś w okolicy Gwiazdy Polarnej jest teraz świadkiem Potopu Szwedzkiego (╯︵╰,)

[cecen]

@enforcer @Mordeusz @Al_Ganonim: był też taki pomysł żeby wykorzystać Słońce jako ogromna soczewkę bo przecież grawitacyjnie zakrzywia światło, ale ognisko tego układu wypadałoby daleko za orbita Plutona, trzeba by tam umieścić odpowiedniego satelitę - obserwatorium.

[WuBe]

@Al_Ganonim: Bardzo lubię takie matematyczne sci-fi, ale zawsze z tyłu głowy mam wyliczenie z połowy XIXw, kiedy to wyestymowano, że jeśli liczba wozów konnych na ulicach Paryża będzie przyrastała w dotychczasowym tempie, pokryją się one grubą warstwą łajna, którego nikt nie nadąży sprzątać.
Myślę, że albo tak jaka napisał @cecen, będziemy uzyskiwać obraz w inny sposób niż wykorzystując odbicie/załamanie fal EM na granicy ośrodków, albo uzyskiwanie takich obrazów przestanie być