Astronomía

Por convención, al observar un exoplaneta, ¿la línea de visión del observador (en la Tierra) es perpendicular al plano del cielo?

Por convención, al observar un exoplaneta, ¿la línea de visión del observador (en la Tierra) es perpendicular al plano del cielo?


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Esta es solo una pregunta rápida. En esta imagen de la órbita de un exoplaneta, ¿la línea de visión del observador es perpendicular al plano de referencia, que está en la dirección + z en el diagrama? En el caso de que la inclinación sea igual a $ 90 ^ { circ} $, es ideal para nosotros medir la velocidad radial. ¿Está bien?


Sí, el plano de referencia para la inclinación orbital del exoplaneta es nuestro plano celeste. De la documentación del Archivo de Exoplanetas de la NASA:

La Inclinación Observada es la inclinación orbital con respecto al plano del cielo… 0 grados corresponden a una órbita en el plano del cielo, de frente con respecto a nuestra línea de visión. 90 grados corresponden a una órbita de canto con respecto a nuestra línea de visión, perpendicular al plano del cielo.

Si consulta el archivo en busca de exoplanetas con el método de descubrimiento "Tránsito", obtendrá inclinaciones principalmente entre 85 ° y 90 °.

Si la única observación disponible es una fluctuación en la velocidad radial de la estrella, entonces la masa del planeta metro e inclinación orbital I son desconocidos, pero una masa mínima metro pecado I se puede calcular. La masa real es mayor a menos que I = 90°.

El diagrama de órbita de Wikipedia se puede aplicar a sistemas extrasolares con un cambio: la dirección de referencia es el norte celeste en lugar de ♈.


LOUPE: observar la Tierra desde la Luna para prepararse para detectar vida en exoplanetas similares a la Tierra

LOUPE, el Observatorio Lunar de Polarimetría No Resuelta de la Tierra, es un pequeño y robusto espectropolarímetro para observar la Tierra como un exoplaneta. La detección de planetas similares a la Tierra en zonas habitables estelares es uno de los desafíos clave de la ciencia exoplanetaria moderna. Caracterizar tales planetas y buscar rastros de vida requiere la detección directa de sus señales. LOUPE proporciona datos únicos de polarización y flujo espectral de la luz solar reflejada por la Tierra, el único planeta conocido por albergar vida. Estos datos se utilizarán para probar códigos numéricos para predecir señales de exoplanetas similares a la Tierra, para probar algoritmos que recuperan las propiedades de los planetas y para ajustar el diseño y las estrategias de observación de los futuros observatorios espaciales. Desde la Luna, LOUPE verá continuamente toda la Tierra, lo que le permitirá monitorear los cambios de señal debido a la rotación diaria del planeta, los patrones climáticos y las estaciones, en todos los ángulos de fase. Aquí, presentamos tanto el caso científico como la tecnología detrás del diseño instrumental y de misión de LOUPE.

Este artículo es parte de un tema de la reunión de debate "Astronomía de la Luna: las próximas décadas".

1. Introducción

Desde los primeros descubrimientos de planetas que orbitan alrededor de otras estrellas en la década de 1990, la investigación exoplanetaria se ha expandido de manera explosiva. Hoy en día, conocemos más de 4000 mundos de este tipo, que van desde gigantes gaseosos más masivos que Júpiter hasta planetas rocosos de tipo terrestre considerados candidatos para albergar vida. Aunque ahora sabemos que los planetas que orbitan alrededor de otras estrellas no son infrecuentes, la tasa de aparición de planetas similares a la Tierra en la zona habitable de estrellas similares al Sol sigue siendo un tema muy debatido. El análisis estadístico de los catálogos exoplanetarios existentes ha demostrado que entre el 2% y el 60% de las estrellas similares al Sol pueden albergar planetas similares a la Tierra (o supertierra) en sus zonas habitables [1]. Los catálogos exoplanetarios se están ampliando diariamente a través de misiones espaciales como el TESS (Satélite de reconocimiento exoplanetario en tránsito) de la NASA, que se espera que detecte más de 14 000 exoplanetas, de los cuales más de 2100 serán más pequeños que 4 radios terrestres [2] mientras que los próximos de la ESA La misión PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) se centrará en mundos habitables alrededor de estrellas de tipo solar, con el objetivo de producir entre 6 y 280 análogos de la Tierra de aproximadamente 4600 detecciones totales [3]. Sabiendo que los exoplanetas rocosos similares a la Tierra podrían ser más comunes de lo que se pensaba anteriormente, el siguiente paso es investigar sus atmósferas, superficies y biomarcadores. Aunque la espectroscopia de tránsito es un método bien establecido para caracterizar a los gigantes gaseosos, las señales de tránsito de las atmósferas delgadas de exoplanetas similares a la Tierra alrededor de estrellas similares al Sol son indetectables con la tecnología actual. Un importante hito tecnológico próximo para la astronomía será lograr imágenes directas, en las que la luz de las estrellas (reflejada) de un planeta se observa por separado de la luz de su estrella anfitriona. Separar el planeta de su estrella ofrecerá la oportunidad de investigar sus propiedades a través de mediciones de polarización y flujo espectral. Además, las imágenes directas permitirán detectar y caracterizar los planetas que no están en tránsito.

El punto de referencia más confiable para caracterizar exoplanetas similares a la Tierra es, naturalmente, la Tierra. Al colocar al observador a una distancia tal que la Tierra aparezca como un "punto azul pálido" sin resolver, podemos simular la observación de la Tierra como un exoplaneta. En este único "punto", toda la información espectropolarimétrica de la luz solar reflejada en los océanos, continentes, biomarcadores y nubes de la Tierra se integra en un punto espacialmente no resuelto. Si podemos extraer de manera confiable esta información de la señal no resuelta y aplicar ingeniería inversa a las propiedades de la Tierra tal como la conocemos, habremos desarrollado una poderosa herramienta para caracterizar exoplanetas, incluidos sus océanos, continentes, composición atmosférica y firmas de vida, incluso si somos incapaces de resolverlos espacialmente.

La Tierra ya está siendo observada continuamente por satélites de teledetección, que monitorean, por ejemplo, las concentraciones de gases traza atmosféricos, la salud de los cultivos y los patrones climáticos. Aparte del hecho de que actualmente no hay satélites terrestres de teledetección con capacidad polarimétrica, 1 tales observaciones de órbita terrestre baja suelen tener su campo de visión limitado a porciones localizadas de la superficie de la Tierra, y no a todo el disco de la Tierra. Un mosaico de tales observaciones no representa de manera realista la vista instantánea de un solo píxel de la Tierra, porque los segmentos individuales varían en términos de la hora local y las condiciones climáticas, y la distribución de la iluminación local y las geometrías de visualización es muy diferente de la distribución cuando la Tierra se ve desde lejos. En particular, la mayoría de los satélites tienen una dirección de visión nadir y están en órbitas sincronizadas con el sol, observando una ubicación determinada de la Tierra más o menos a la misma hora del día. Especialmente la polarización es muy sensible a la iluminación y los ángulos de visión [4]. Incluso los satélites encerrados en la órbita geoestacionaria no nos proporcionarían una visión completa, ya que solo observan un hemisferio, por lo que se pierden las variaciones debidas a la rotación diaria.

La Luna está lo suficientemente lejos como para permitir una vista espacial sin resolver de toda la Tierra.

Para un módulo de aterrizaje en la superficie lunar, la Tierra siempre es visible en un área confinada en el cielo. 2

Desde la Luna, la Tierra se puede observar en todos los ángulos de fase 3 durante un mes.

Desde la Luna, se puede capturar la rotación diaria de la Tierra.

El último proporciona una vista de toda la Tierra y permite detectar cambios en las señales espectropolarimétricas de la Tierra a medida que los continentes y océanos giran dentro y fuera de la vista. Las observaciones que abarcan varios meses podrían revelar cambios estacionales. A la luz de estas ventajas, proponemos el Observatorio Lunar de Polarimetría No Resuelta de la Tierra (LOUPE) [5], un espectropolarímetro compacto y pequeño basado en una óptica pionera de polarización de cristal líquido, para acompañar una misión en órbita, aterrizaje o itinerancia en el lado cercano. de la luna. El diseño tentativo del instrumento de LOUPE se presenta en §4, y el rendimiento de una iteración de diseño anterior se validó en [6].

El principal impulsor de LOUPE es realizar una campaña de observación a largo plazo de la Tierra como si fuera un exoplaneta espacialmente no resuelto, tanto en flujo como en polarización, con el fin de proporcionar la búsqueda en curso de exoplanetas similares a la Tierra con el punto de referencia de un arquetipo. Tierra. Otro método para obtener dichos datos de flujo y polarización es a través de las llamadas observaciones 'Earthshine' [7-10], donde los telescopios terrestres se utilizan para buscar la luz de la Tierra retro-dispersada en la media luna sombreada del disco lunar. . Aunque se informaron algunas características espectrales del flujo de la Tierra, como el O2-Una banda, Vegetation Green Bump and Red Edge (VRE), este método se ve gravemente obstaculizado por los efectos de despolarización desconocidos del reflejo de la luz polarizada por la superficie lunar, la degradación de la señal a medida que vuelve a entrar en la atmósfera de la Tierra para alcanzar la observador, y las graves dificultades en el seguimiento de la rotación diaria y una amplia gama de ángulos de fase. LOUPE eliminaría estos problemas observando desde la propia Luna, creando una plataforma de observación espectropolarimétrica dedicada con un rendimiento científico superior.

El objetivo de LOUPE es ser pionero en la espectropolarimetría como una herramienta calificada de manera única para la caracterización de exoplanetas. En el caso de los telescopios terrestres, la polarimetría permite diferenciar entre el flujo reflejado de un planeta y el flujo abrumador de su estrella madre [11], incluso cuando la detección directa no es posible solo con la intensidad, lo que nos permite encontrar exoplanetas que de otro modo serían perdido en el resplandor estelar. Esta capacidad se debe al hecho de que se puede suponer que la luz solar y, de manera más general, la luz de las estrellas de tipo solar no está polarizada cuando se promedia sobre el disco estelar, mientras que la luz dispersada en una atmósfera planetaria y / o reflejada por una superficie planetaria generalmente lo hará. polarizarse (hasta un 10%). Por lo tanto, la medición del flujo polarizado de un planeta se puede utilizar para mejorar el contraste entre los dos. Los futuros telescopios espaciales como HabEx / LUVOIR tienen como objetivo ofrecer el contraste intrínseco 10-10 para obtener una imagen directa de una Tierra que orbita una estrella de tipo solar, y luego se puede aplicar la polarimetría para caracterizar aún más el planeta. Como han indicado las observaciones del Sistema Solar [12], la dependencia del ángulo de fase del espectro polarizado linealmente de un planeta es muy sensible a los componentes atmosféricos y las nubes, así como a las características de la superficie como la vegetación, el agua, el hielo, la nieve o los desiertos (véase §2 .) Por lo tanto, la principal ventaja de la espectropolarimetría es la capacidad de proporcionar una caracterización inequívoca de exoplanetas, rompiendo las degeneraciones de recuperación que surgen solo de las mediciones de flujo. De esta manera, la polarimetría promete revelar no solo una plétora de nuevos mundos, sino también una plétora de nuevas geomorfologías y biosferas.

Uno de nuestros principales objetivos al monitorear la Tierra desde lejos es recopilar datos de referencia para probar los códigos de transferencia radiativa que se utilizan para calcular señales de exoplanetas rocosos [13, 14]. Estas señales son cruciales para el diseño de futuros telescopios (espaciales) dedicados a la caracterización de exoplanetas similares a la Tierra y para el desarrollo de algoritmos para recuperar características de exoplanetas [15]. Los intentos anteriores de estudiar la Tierra como un exoplaneta involucraron mediciones fortuitas de instrumentos del espacio profundo utilizados fuera de su modo de operación previsto, p. Ej. las sondas espaciales Galileo [16], Deep Impact [17], Venus Express [18], DSCOVR [19-21] y LCROSS [22]. Con su cobertura limitada, estos experimentos no son adecuados para estudiar todo el rango del ángulo de fase y lograr una cobertura global completa, ni tampoco pudieron medir la polarización, por lo que no llegan a una caracterización completa y exhaustiva de la señal integrada en el disco de la Tierra. El monitoreo de LOUPE del flujo total que refleja la Tierra también sería valioso para la investigación del clima, ya que este flujo reflejado y sus variaciones espectrales y temporales dan una idea de la cantidad de energía solar que la Tierra absorbe con el tiempo. La señal de polarización de la Tierra en su conjunto podría proporcionar nueva información sobre las partículas de aerosol a gran altitud que contribuyen al equilibrio de la radiación de la Tierra al reflejar la luz solar entrante y al calentar su entorno ambiental, además de desempeñar un papel importante en las reacciones químicas [23, 24].

La sección 2 analiza características interesantes en las señales de polarización y flujo de la Tierra. Los requisitos científicos y los requisitos y objetivos de los instrumentos resultantes se presentan en §3, y una descripción general del diseño de instrumentos de LOUPE en §4. La conclusión se presenta en §5.

2. Señales de polarización y flujo de la Tierra

En ausencia de datos espectropolarimétricos reales de la Tierra espacialmente no resuelta, utilizamos simulaciones numéricas para el diseño de LOUPE. Una parte clave de la misión de LOUPE es proporcionar datos de referencia para la mejora y el refinamiento de tales simulaciones numéricas de señales de exoplanetas.

Describimos la luz como un vector de Stokes (columna) [4]:

Nosotros calculamos F (ecuación (2.1)) del disco visible e iluminado de un modelo de la Tierra en un ángulo de fase dado α y longitud de onda λ dividiendo el disco en píxeles con modelos específicos de superficie-atmósfera (p. ej., nublado en el océano, claro en el bosque, despejado en el desierto), calculando el vector de Stokes reflejado para cada píxel utilizando un algoritmo de transferencia radiativa de suma-duplicación [13,14 , 25], y sumando los vectores locales para obtener el vector de Stokes planetario integrado en el disco. En la figura 1 se muestra un ejemplo del flujo y la polarización simulados para un planeta no resuelto.

Figura 1. Flujo reflejado simulado y polarización en un ángulo de fase α de 90 ° como funciones de la longitud de onda (izquierda, de [13]) y como funciones de α (derecha, de [26]) para planetas horizontalmente homogéneos con diferentes propiedades superficiales y cubiertas de nubes. Los flujos se han normalizado de modo que en α = 0, son iguales al albedo geométrico del planeta. Aparte de la absorción por oxígeno (O2), se incluye la absorción por ozono y vapor de agua. (Versión online en color).

La figura 2 muestra el calculado F y PAGL (ecuación (2.2)) para un modelo terrestre resuelto espacialmente en varios ángulos de fase. Varias características en PAGL destacar. En primer lugar, en α = 0°, PAGL es cero en todo el disco debido a la geometría simétrica de retrodispersión de cada píxel. En segundo lugar, las nubes generalmente tienen bajas PAGLy océanos con solo gas de dispersión de Rayleigh sobre ellos, una alta PAGL. En tercer lugar, en grandes ángulos de fase, PAGL es más alto en el rojo, debido al brillo en el océano [27]. En las siguientes subsecciones, discutimos algunas propiedades reflectantes notables de la superficie planetaria y la atmósfera.

Figura 2. Calculado F (arriba) y PAGL (abajo) para la Tierra en ángulos de fase α comenzando con 0 ° a la izquierda. Se utilizó un esquema de coloración RGB combinado con una escala de grises para mostrar tanto la dependencia espectral como el valor absoluto del flujo reflejado y la polarización. Tenga en cuenta que en α = 0°, PAGL es virtualmente cero. Para estas imágenes, se utilizaron los datos descritos en [25]. (Versión online en color).

(a) Continentes y océanos

Debido a la tectónica de placas, la superficie de la Tierra está cubierta por continentes y océanos. Los continentes están cubiertos por varios tipos de superficies, como rocas, arena, nieve y vegetación, cada uno con albedos característicos (dependientes de la longitud de onda) y funciones de reflectancia bidireccional (es decir, la distribución angular de los flujos reflejados total y polarizado). Las superficies rugosas reflejan más o menos isotrópicamente y despolarizan fuertemente la luz incidente. Generalmente, cuanto mayor es el albedo de tales superficies, menor PAGL, a medida que aumenta el flujo total, pero no los flujos polarizados [13].

Las superficies oceánicas exhiben reflexión especular, de Fresnel, que es anisotrópica y polarizante. El destello de la luz del sol sobre el agua es una característica particularmente llamativa, que surge cuando los ángulos de incidencia y reflexión son iguales. Las olas influyen en la apariencia del destello: generalmente, cuanto mayor es la velocidad del viento, más altas son las olas y más amplio es el patrón de destello que se espera que aparezca en el disco. Con LOUPE, podemos investigar esta relación y la influencia de otros parámetros de las olas, como los casquetes blancos y la dirección de las olas. Los resultados numéricos sugieren que un océano en un planeta puede identificarse de forma única por un cambio de color de PAGL de un planeta en ángulos de fase intermedios a grandes: solo con un océano, un planeta cambiará de azul, a través de blanco, a rojo, al aumentar α, cuando se observa mediante polarimetría [27].

LOUPE puede observar los efectos pronosticados numéricamente de varias superficies reflectantes en la curva de fase planetaria, tanto en el flujo total como en la polarización.

(b) Vegetación

La vegetación de la Tierra debe su color verde a una disminución en la absorción por la clorofila (y por lo tanto a un aumento en el albedo) alrededor de λ = 500 nm. Sin embargo, como es evidente en la figura 1, la característica espectral más distintiva de la vegetación no es esta "protuberancia verde", sino el brillo dramático justo fuera del rango visible humano, el "borde rojo de la vegetación" (VRE) [28]. La vegetación que capta la luz en los exoplanetas puede tener propiedades de reflectancia similares, ya que se supone que el VRE limita la absorción excesiva de luz en longitudes de onda en las que la fotosíntesis es ineficaz. El VRE de la exovegetación podría cubrir diferentes longitudes de onda que la vegetación terrestre, pero valdría la pena investigar las características espectrales fuertes de origen geológico o atmosférico desconocido como posibles firmas biológicas de la vegetación exótica.

Un ejercicio que vale la pena es intentar extraer el VRE de la señal de una Tierra espacialmente no resuelta, como la ve LOUPE. Las simulaciones sugieren que el VRE debería ser detectable incluso a través de nubes ópticamente gruesas, y que su firma en polarización es aún más pronunciada, ya que se encuentra en una región de longitud de onda donde el grado de polarización es muy sensible al albedo de la superficie [13]. Una confirmación tentativa del VRE en luz polarizada se ha mostrado en observaciones de Earthshine [7]. LOUPE se esfuerza por confirmar y mejorar la detección con su ventajosa posición ventajosa en la Luna, sin la fuerte influencia despolarizante de un reflejo de la superficie lunar.

También se ha demostrado que la vegetación exhibe una firma de polarización circular pequeña, pero inequívoca, como consecuencia de la configuración homoquiral de la materia orgánica [29]. Un posible futuro 'super-LOUPE' podría actualizarse para realizar la demodulación completa de Stokes, por ejemplo, basándose en el diseño del polarímetro de detección de firma de vida (LSDpol [30] ver también [31]), y recuperar el flujo polarizado circularmente como un biomarcador adicional a estudiar.

(c) Nubes

Las nubes generalmente disminuyen PAGL porque añaden flujo total pero poco flujo polarizado. Sin embargo, la variación del ángulo de fase de PAGL de un planeta nublado muestra varias características interesantes, como glorias y, sobre todo, arcoíris.Los arco iris son un fenómeno óptico bien conocido que se forma cuando la luz es dispersada por gotas de agua en el aire, como gotas de lluvia y también gotas de nubes. En particular, el arco iris primario es el resultado de rayos de luz que han sufrido un solo reflejo dentro de gotitas esféricas. Este arco iris exhibe picos dramáticos en ambos F y PAGL, como se muestra en la figura 1. Debido al pequeño tamaño de las partículas de las nubes terrestres (en comparación con las gotas de lluvia), una Tierra nublada solo mostrará un pico de arco iris significativo en PAGL [32]. El ángulo del arco iris depende de la composición de las partículas: con nubes de agua, estos picos aparecerían alrededor α = 40 °, y podría usarse para identificar la presencia de nubes de agua líquida en exoplanetas, incluso con pequeñas fracciones de cobertura de nubes y parcialmente superpuestas con nubes de hielo [32]. Las nubes con diferentes composiciones, como las nubes de ácido sulfúrico que están presentes en Venus, producirían arco iris en diferentes ángulos de fase [12]. Otras simulaciones numéricas muestran que la variabilidad de PAGL de un exoplaneta revelaría la distribución espacial de las nubes [14].

Observar las nubes de la Tierra con LOUPE nos dará una mejor comprensión de las variaciones espectrales y temporales en F y PAGL, que podría utilizarse para caracterizar la composición, la cobertura espacial y la altitud de la cobertura de nubes en exoplanetas.

(d) Oxígeno y gases traza

La presencia de abundante oxígeno atmosférico (O2) en desequilibrio termodinámico se cree que es una firma biológica robusta, como en la Tierra, la fuente dominante de O2 es la fotosíntesis oxigenica [28]. Por lo tanto, una O2-La atmósfera rica podría indicar la presencia de organismos fotosintéticos. La O de un exoplaneta2 La proporción de mezcla podría derivarse de la profundidad de las bandas de absorción en F y PAGL espectros, de los cuales la banda A, centrada alrededor de 760 nm, es el menos contaminado por líneas de absorción de agua [13]. Esta profundidad, sin embargo, también depende de la presencia de nubes: en la Tierra, las mediciones de F a lo largo de la banda A se utilizan habitualmente para determinar las altitudes de la cima de las nubes [33,34], ya que la profundidad de la banda aumenta con la cantidad de O2 por encima de las nubes y, por tanto, con una altitud de la cima de las nubes decreciente. Esto es evidente en la F y PAGL espectros a lo largo de la banda que se muestra en la figura 3, calculados de acuerdo con [26] y convolucionados con un gaussiano de 5 nm FWHM, informando la función de respuesta del instrumento objetivo de LOUPE (ver §4.)

Figura 3. Flujo total F (izquierda) y grado de polarización lineal PAGL (derecha) como funciones de λ a través del O2 Banda A para un planeta modelo con un albedo de superficie de 0.6, sin una nube (líneas verdes) o con una nube con un espesor óptico de 5.0 a diferentes altitudes. La atmósfera consta de 5 capas con espesores ópticos de dispersión gaseosa iguales a (de abajo hacia arriba): 0.01, 0.003, 0.005, 0.005, 0.002. La "nube baja" (línea naranja) está en la capa 3 y la "nube alta" (línea azul) en la capa 5. (Versión en línea en color).

Las líneas de la figura 3 se calcularon para un planeta con un albedo de superficie de 0,6, completamente cubierto por una nube de espesor óptico de 5,0 y visto en α = 60 °. Está claro que cuanto más baja es la nube, más profunda es la banda (con respecto al continuo) en F, ya que el gas más absorbente está por encima de él. Debido al pequeño espesor óptico de dispersión gaseosa atmosférica en estas longitudes de onda, el continuo F es insensible a la altitud de la cima de la nube. Tenga en cuenta que sin una nube, el continuo F es mayor porque las partículas de la nube se dispersan fuertemente hacia adelante, lo que dispersa la luz hacia la superficie. PAGL es más alta en la banda porque la absorción suprime (despolarizando) la dispersión múltiple y porque aumenta la altitud de dispersión promedio y, por lo tanto, la dispersión del gas, lo que produce una mayor PAGL como máximo ángulos de dispersión [26].

Las observaciones de LOUPE nos permitirán estudiar las variaciones espectrales y temporales de la Tierra. F y PAGL a través de la O2 Banda A y otras bandas de absorción, como las de los gases traza ozono (O3) y vapor de agua (H2O), que también son indicativos de la habitabilidad de un planeta, a través de un rango de ángulos de fase y con eso, brindan información valiosa sobre el valor diagnóstico de las bandas de absorción gaseosa en los espectros de exoplanetas.

3. Requisitos científicos y técnicos

Realice una espectropolarimetría casi instantánea (instantánea) de toda la Tierra.

Detecta la presencia de océanos y nubes de agua líquida.

Derivar y monitorear propiedades atmosféricas, p. Ej. a través de la dispersión de Rayleigh.

Detecta la O2-Una banda en F y PAGL, y su variación con la nubosidad y la altitud, y α.

Detecta la protuberancia verde de la clorofila y el borde rojo de la vegetación, la firma espectroscópica de la vida vegetal.

Obtenga un mapa de continentes a partir de la señal integrada en el disco e identifique características notables, como selvas tropicales, desiertos y casquetes polares.

LOUPE cumplirá sus objetivos científicos registrando y demodulando el vector Stokes integrado en el disco de la luz solar reflejada desde la Tierra. Los requisitos técnicos mínimos y objetivos para la misión de LOUPE se indican en la tabla 1.

Tabla 1. Requisitos técnicos mínimos y objetivos para LOUPE.

Para maximizar las oportunidades de implementación, LOUPE se creará un prototipo teniendo en cuenta la versatilidad de la plataforma, de modo que pueda ser adecuado para múltiples casos de uso (incluidos escenarios geoestacionarios, de órbita lunar y de aterrizaje). Para mantener una primera versión de prueba de concepto de LOUPE lo más simple posible, se pueden realizar compensaciones clave, como limitar el instrumento para que no mida la polarización circular. V, pero sólo F, Q y U. Esta compensación se justifica por el hecho de que, aunque V tiene el potencial de ser considerado una firma biológica de la vida homoquiral [29], V de luz reflejada por un (exo) planeta es varios órdenes de magnitud menor que el flujo linealmente polarizado [25,35,36] y descuidarlo no introduce errores significativos en F, Q y U [37]. Algunas otras capacidades de LOUPE también son funcionalmente opcionales, como la radiometría, aunque su adición podría proporcionar datos para la investigación climática. La capacidad adicional para resolver la Tierra a escala continental también introduciría dificultades adicionales en el procesamiento de señales, ya que la capacidad de realizar una integración de disco sencilla de la señal es parte integral de la misión de LOUPE. Sopesar la ventaja de un campo de visión amplio con puntería pasiva contra un campo de visión más estrecho y desconcertado con mejor protección contra el resplandor solar, pero la necesidad de puntería activa, es otro tema de contemplación en el proceso de diseño.

4. Diseño de instrumentos LOUPE

El principal principio de diseño de instrumentos adoptado para LOUPE es crear un hiperespectropolarímetro compacto, de baja masa, bajo volumen y listo para el espacio, sin partes móviles [5]. Estas limitaciones requieren soluciones creativas desde la vanguardia del diseño de instrumentos hiperespectrales 4 y polarimétricos, donde los polarímetros tradicionalmente usaban óptica giratoria activa (modulación temporal) o división de haz (modulación espacial) [38-40]. Desde la primera iteración del diseño y el estudio de prueba de concepto de LOUPE [6], las mejoras adicionales renuncian al uso de imágenes voluminosas y ópticas de reimagen, lo que da como resultado un instrumento compacto de estado sólido con un enfoque novedoso para la espectropolarimetría de instantáneas. La Figura 4 muestra una representación en 3D tentativa del último diseño de LOUPE.

Figura 4. Una representación tridimensional del concepto actual de LOUPE, con una moneda de 1 € a escala. (Versión online en color).

El desafío para LOUPE es colapsar datos de cuatro dimensiones (F, PAG, χ, y λ) en un detector bidimensional, instantáneamente para todo el disco de la Tierra. El instrumento se construirá sobre la plataforma de imágenes hiperespectrales 5 HyperScout® 6 de coseno Remote Sensing [41,42], calificada para el espacio y operando en órbita terrestre durante casi dos años y medio, 7 que se basa en CMOS y filtro variable lineal (LVF). tecnologías. Debido a que, aparte del Sol, la Tierra es el objeto más brillante en el cielo visto desde la Luna, podemos usar una matriz de micro lentes de campo amplio (MLA) en lugar de un sistema de objetivo de telescopio tradicional. Cada lente MLA de "ojo de pez" enfoca la Tierra como un punto en el detector (figura 5). Por lo tanto, perdemos la capacidad de resolver características en el disco de la Tierra, a favor de grabar una fuente puntual no resuelta, similar a las observaciones de exoplanetas distantes.

Figura 5. Instantánea del detector LOUPE simulado. Cada punto de color es una imagen de la Tierra sin resolver, filtrada espectralmente a lo largo de la vertical (indicada por color), con modulación de polarización a lo largo de la horizontal (indicada por las flechas). La dependencia de la longitud de onda de F, Q y U se traza en el lado derecho. El espectro de entrada es un planeta completamente nublado simulado, con la resolución espectral establecida en aproximadamente 3 nm, y el detector gira 30 ° con respecto al plano de dispersión planetario. (Versión online en color).

Al superponer un filtro de variable lineal (LVF) encima del detector, cada píxel se filtrará espectralmente en la dirección del gradiente LVF (figura 5). La información de polarización se codifica en la dirección perpendicular (figura 5) utilizando una técnica de modulación espectral cruzada análoga al polarímetro del retardador rotatorio [30,31]. Exclusivamente para este diseño, y de manera similar al del "primo" de LOUPE, LSDpol, esto se logra colocando un polarizador lineal y un cristal líquido modelado (PLC) [43] en la parte superior del espectrómetro. El patrón de cristal líquido es tal que se comporta como una placa de media onda acromática [44] para todas las longitudes de onda de interés. Esta combinación de polarizador y PLC actúa como un modulador pasivo superponiendo una modulación sinusoidal en el espectro de flujo en la dirección espectral cruzada. Esta modulación tiene la misma forma que el caso de un polarímetro de placa de onda giratoria descrito en [38], y asegurar varios ciclos de modulación a través del detector proporciona redundancia en caso de píxeles defectuosos o acumulación de polvo local. La amplitud de esta modulación se escala con PAGL, y su fase con χ. Al demodular la señal en el posprocesamiento, la información de polarización completa se puede recuperar en paralelo con una medición espectral a resolución espectral completa. Resolución adicional a través de regiones espectrales de interés, p. Ej. la O2 La banda A se puede lograr instalando resonadores de anillo como filtros de paso de banda en "píxeles" separados junto al plano focal de HyperScout ®.

En conclusión, una observación LOUPE consistirá en una serie de "puntos pálidos (azules)" en todos los colores del espectro, modulados con respecto al ángulo y grado de polarización. Luego podemos extraer el vector de Stokes integrado en el disco demodulando esta matriz bidimensional de puntos y proceder a compararlo con nuestras señales planetarias simuladas numéricamente. Las características que identificamos en nuestro análisis se pueden verificar comparándolas con los datos satelitales.

Otro beneficio de este diseño compacto es que se ha eliminado efectivamente la necesidad de apuntar con instrumentos. El desplazamiento de un punto terrestre desde su respectivo centro de lentillas en la figura 5 está directamente relacionado con el ángulo de incidencia de la luz terrestre, lo que permite recuperar la posición de la Tierra en relación con el detector. posteriormente. Esto es crucial tanto para la calibración espectral como para la polarización previa al vuelo, que dependen en gran medida del ángulo de incidencia. Además de las calibraciones basadas en datos habilitadas por el elegante diseño de LOUPE, se pueden realizar calibraciones indirectas utilizando, p. Ej. luz brillante de las estrellas de propiedades conocidas. Además, cualquier característica persistente atrapada en el campo de visión del instrumento, como la superficie lunar, puede corregirse. Siempre que LOUPE tenga una línea de visión directa a la Tierra, incluso teniendo en cuenta la libración lunar, no se requiere el apuntamiento mecánico activo. Otro beneficio más del diseño MLA es la redundancia: los píxeles o lentes defectuosos cubiertos por polvo lunar se pueden corregir en el posprocesamiento.

El diseño preliminar encaja bien dentro de las dimensiones de 1 U y California 300 g (tabla 3), y se puede adaptar a una variedad de misiones de aterrizaje, itinerancia u órbita. Por ejemplo, para una misión itinerante al polo sur lunar, donde la Tierra permanece cerca del horizonte, se pueden instalar espejos plegables para garantizar que una imagen de la Tierra se refleje en el detector LOUPE horizontal sin apuntar activamente el instrumento. Alternativamente, la instalación de múltiples LOUPE para que estén orientadas en varias direcciones y abarquen el cielo podría ser la solución para un módulo de aterrizaje o una plataforma en órbita como el Lunar Gateway. 8

Como tal, el diseño liviano y robusto de LOUPE es una adición de bajo costo a cualquier misión itinerante o de aterrizaje lunar existente con un impacto mínimo en la masa de carga útil, el consumo de energía y la carga del enlace descendente, ya que se espera que cada observación por hora produzca 2 MB de datos en un estimado de 1 kJ por imagen.

5. Conclusión

En la búsqueda por caracterizar los exoplanetas terrestres, el primer paso es una mirada introspectiva a la Tierra como nuestro punto de referencia. El Observatorio Lunar de Polarimetría No Resuelta de la Tierra (LOUPE) aplica técnicas pioneras hiperespectropolarimétricas para observar la Tierra como un exoplaneta de la Luna. La misión científica de LOUPE es guiar las futuras campañas de observación de exoplanetas ofreciendo modelos mejorados de flujo exoplanetario y espectros de polarización, incluida la capacidad de reconocer características como nubes, continentes, océanos, vegetación y abundancia de oxígeno en mundos que no podemos resolver más allá de un solo píxel. El novedoso diseño de LOUPE se está creando en torno a ópticas de cristal líquido modeladas de última generación para polarimetría, trabajando en conjunto con el generador de imágenes hiperespectral coseno HyperScout® para espectroscopía, que se lanzó por primera vez a la órbita en 2018. Tras el diseño, la fabricación, las pruebas y la calibración, el Se espera que el modelo de LOUPE calificado para el primer vuelo esté listo en 2022, lo que resultará en una adición compacta y liviana a cualquier misión que orbite o aterrice en el lado cercano de la Luna.

Accesibilidad de datos

Este artículo no tiene datos adicionales.

Contribuciones de los autores

D.K. (primer autor): realizando el diseño del instrumento, escribió gran parte del artículo D.M.S. (líder del proyecto): centrado en la aplicación científica, escribió gran parte del artículo F.S. (co-líder del proyecto): centrado en el diseño del instrumento, escribió parte del artículo CUK: muy involucrado en el diseño del instrumento HJH: diseñó la versión inicial del instrumento, asesor en el diseño del instrumento DMvD: realizó simulaciones ópticas para validar el diseño conceptual MW estudiante de maestría involucrado en el diseño del instrumento TK: diseñó la primera versión del instrumento, muy involucrado en el análisis de datos VP: Científico de instrumentos en TU Delft involucrado en el diseño e implementación del instrumento CNvD: Científico de instrumentos en Cosine (empresa), involucrado en la implementación del instrumento como adaptación del espectrómetro Hyperscout, asesor del papel ME: Científico de Instrumento / misión en Cosine (empresa), líder de proyecto en Cosine, asesor en la implementación del instrumento y experto en Hyperscout.

Conflicto de intereses

Declaramos que no tenemos intereses en competencia.

Fondos

Reconocemos la financiación a través de NSO / PIPP NSOKNW.2017.003. Frans Snik agradece el apoyo de ERC StG ​​678194 FALCONER.


Ver la Tierra como un mundo en tránsito

Aprovechando el hecho de que la mayoría de los cuerpos principales de nuestro Sistema Solar orbitan aproximadamente en el mismo plano alrededor del Sol, Lisa Kaltenegger de Cornell, trabajando con Joshua Pepper (Universidad de Lehigh), ha pasado a reflexionar sobre las implicaciones del plano eclíptico, trazado como el plano de la órbita de la Tierra alrededor del Sol, para estudios de exoplanetas. Estamos en el ámbito de la detección de tránsito aquí, porque lo que los autores quieren saber no es lo que vemos en la eclíptica sino lo que verían los observadores extraterrestres si estuvieran en el mismo plano. Dice Kaltenegger:

“Invirtamos el punto de vista al de otras estrellas y preguntemos desde qué punto de vista otros observadores podrían encontrar la Tierra como un planeta en tránsito. Si los observadores estuvieran buscando, podrían ver signos de una biosfera en la atmósfera de nuestro Punto Azul Pálido, e incluso podemos ver algunas de las estrellas más brillantes en nuestro cielo nocturno sin binoculares ni telescopios ".

Kaltenegger es directora del Instituto Carl Sagan de Cornell y adopta una perspectiva saganesca: ¿Qué estrellas cercanas existen que verían la Tierra como un exoplaneta en tránsito? Es una pregunta con potencial SETI porque otra civilización que detecte biofirmas en la Tierra posiblemente podría apuntarnos para transmisiones deliberadas. El documento define una Zona de Tránsito Terrestre (ETZ), esa región desde la cual se puede ver la Tierra en tránsito por el Sol. Es una delgada franja alrededor de la eclíptica proyectada en el cielo, con un ancho de 0.528 °.

Esta es una región del espacio de búsqueda que ha recibido atención recientemente a medida que mejora la calidad de nuestros catálogos. Un artículo de 2016 de René Heller y Ralph Pudritz había identificado una ETZ "restringida" ligeramente más estrecha que define una región donde los exo-astrónomos verían el tránsito de la Tierra durante más de 10 horas, encontrando 82 estrellas dentro de 1000 parsecs (3260 años luz) en esta zona. Heller y Pudritz utilizaron datos de Hipparcos y extrapolaron su resultado para estimar que deberían existir alrededor de 500 estrellas en esa región, mientras que un artículo posterior de Robert Wells encontró aproximadamente el doble de ese número (citas a continuación).

Conscientes de las limitaciones de los conjuntos de datos utilizados en estos estudios, Kaltenegger y Pepper aprovechan las mediciones más precisas de la distancia estelar ahora disponibles a través del Data Release 2 (DR2) de la misión Gaia, al tiempo que excluyen las estrellas evolucionadas y aquellas con distancias mal medidas. Los autores señalan que una ventaja particular de los datos de Gaia es la medición de distancias de paralaje a estrellas enanas de tipo tardío más débiles. Operan con un enfoque en las estrellas de la secuencia principal como los mejores objetivos para buscar biofirmas. También en juego aquí está la versión 8 del Catálogo de entrada de TESS, utilizado por los científicos de TESS para seleccionar estrellas objetivo, que proporciona distancias estelares, temperaturas efectivas y luminosidad aproximada.

A partir de esto, Kaltenegger y Pepper identifican 1004 estrellas de secuencia principal dentro de 100 parsecs (326 años luz) que verían a la Tierra como un planeta en tránsito. Dos de ellos son conocidos por la misión K2 como anfitriones de exoplanetas. Si los planetas del tamaño de la Tierra en la zona habitable ocurrieran a una tasa del 10 por ciento, esto llevaría a aproximadamente 100 planetas de clase terrestre en la zona habitable capaces de observar una Tierra en tránsito, aunque los autores se apresuran a señalar que las estimaciones de la ocurrencia La tasa de tales planetas varía ampliamente y depende de cómo se elijan los límites de las zonas habitables. También estamos en las primeras etapas del juego & # 8212 ¿qué tan completos son nuestros catálogos y qué no estamos detectando?

"Solo una fracción muy pequeña de exoplanetas se alineará aleatoriamente con nuestra línea de visión para que podamos verlos transitar". Añade Pepper."Pero todas las mil estrellas que identificamos en nuestro artículo en el vecindario solar pudieron ver a nuestra Tierra transitar por el sol, llamando su atención".

Animación: La astrónoma de Cornell Lisa Kaltenegger y Joshua Pepper de la Universidad de Lehigh han identificado 1.004 estrellas de secuencia principal, similares a nuestro Sol, que podrían contener planetas similares a la Tierra en sus propias zonas habitables dentro de unos 300 años luz de aquí, que deberían ser capaces de detectar Rastros químicos de vida de la Tierra. Crédito: John Munson / Universidad de Cornell.

La estrella más cercana en ETZ se encuentra a 28 años luz del Sol. La mayor parte de la muestra está formada por estrellas enanas rojas. El 12 por ciento son estrellas K, el 6 por ciento, estrellas de clase G, como el Sol, el 4 por ciento son estrellas F y el 1 por ciento, estrellas de clase A. Breakthrough Listen ya está buscando en ETZ, y el documento señala que TESS comenzará a buscar planetas en tránsito en la eclíptica el próximo año, por lo que la lista generada aquí proporciona un conjunto útil de objetivos.

Esta interesante nota sobre el movimiento estelar termina el artículo, recordándonos cuán mutable es nuestra visión de los cielos:

Para las estrellas más cercanas, su alto movimiento propio puede moverlas hacia y desde el punto de vista de ver nuestra Tierra bloquear la luz de nuestro Sol en cientos de años: por ejemplo, la estrella de Teergarden, que alberga dos masas terrestres conocidas que no están en tránsito. planetas: entrarán en ETZ en 2044 y podrán observar una Tierra en tránsito durante más de 450 años (Zechmeister et al.2019) antes de abandonar el punto de observación de ETZ.

Por lo tanto, las estrellas que podrían haber visto la Tierra cuando la vida comenzó a evolucionar son un conjunto diferente de las que pueden detectar signos de vida en nuestro planeta ahora en comparación con las que lo verán transitar en un futuro lejano: por lo tanto, nuestra lista presenta una Conjunto dinámico de nuestros vecinos más cercanos, que actualmente ocupan una posición geométrica, donde el tránsito terrestre podría llamar su atención.

El artículo es Kaltenegger & # 038 Pepper, "¿Qué estrellas pueden ver la Tierra como un exoplaneta en tránsito?" Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society: Cartas, Vol. 499, Número 1 (noviembre de 2020), págs. L111-L115 (texto completo). El artículo de Heller & # 038 Pudritz es "La búsqueda de inteligencia extraterrestre en la Tierra & # 8217s Solar Transit Zone", Astrobiología Vol. 16, No. 4 (15 de abril de 2016). Resumen. Wells et al. papel es "Zonas de visibilidad de tránsito de los planetas del sistema solar", Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society Vol. 473, número 1 (enero de 2018), págs. 345-354 (resumen).

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& # 8220¿Qué pensarían? & # 8221 Pensarían & # 8220wow esos extraterrestres están poniendo una gran cantidad de CO2 en su atmósfera. ¿No saben que eso tendrá consecuencias mortales? & # 8221

Buen trabajo de Kaltenegger y Pepper. Mantener las incógnitas en niveles razonables.
Para expandir las posibilidades más allá del estudio principal, sería interesante suponer que un ET es quizás 100 años tecnológicamente avanzado. En este caso, nuestro tránsito y firma biológica sería una captura fácil para ellos, incluso más lejos. Esta civilización más avanzada posiblemente duplicaría o triplicaría las estrellas candidatas que pueden analizar con un HZ que tenga planetas terrestres. Entonces, ETI podría haber sido consciente de nosotros mediante el análisis de nuestra atmósfera desde hace bastante tiempo. Incluso si nuestras señales de transmisión no los han alcanzado, puede apostar que tienen equipos dedicados entrenados en nuestro sistema solar y cualquier otro (poco probable en mi opinión) que insinúe una vida avanzada.

Sí, Robert, he estado diciendo esto por un tiempo. La civilización más avanzada ve primero a la menor. Especialmente si están miles o millones de años por delante de nosotros tecnológicamente, probablemente tengan un catálogo útil y elegante de todos los planetas interesantes de la galaxia y pueden haber estado al tanto de nosotros durante miles o millones de años.

No veo el valor de este enfoque por 2 razones principales:

1. Es más probable que cualquier ETI esté tecnológicamente mucho más allá de nosotros. Esto significa que nuestros límites tecnológicos que hacen de los tránsitos el mejor método para detectar vida no serán relevantes para tal civilización. Por lo tanto, la vista restringida a lo largo de nuestro plano es innecesaria.

2. Si alguna civilización está dentro de los 100 parsecs, esto implica que la galaxia debe estar repleta de civilizaciones. Esto parece extremadamente optimista. El límite de distancia parece estar determinado por nuestra tecnología (véase el punto 1).

En mi opinión, esto solo restringe artificialmente los objetivos potenciales de ETI, que pueden ni siquiera existir en absoluto. Es mejor enfocar los recursos limitados para buscar vida en lugar de otra estrategia SETI, incluso si eso facilita tácticamente la asignación de recursos SETI, tanto de radio como ópticos.

Al ver la presentación SETI # 8217 de ayer sobre radiotelescopios, deduzco que los pequeños conjuntos de sensores y telescopios permiten buscar mucho más en el cielo que con antenas grandes. Los receptores son baratos y dependen del costo cada vez más bajo de las computadoras para manejar el ancho de banda. Se argumentó que este era el futuro de la radioastronomía, lo que también ayudaría al programa SETI. Entonces, ¿por qué restringir artificialmente los parámetros de búsqueda del mismo modo que podemos aumentar el espacio de búsqueda?

Realmente no puedo estar de acuerdo contigo. Cualquier cosa para mejorar las probabilidades de que detectemos una civilización de sondeo, en este caso mirando hacia donde se puede ver nuestro & # 8220show de marionetas de sombras & # 8221, como en tránsitos a través de potencialmente varios cientos de parsecs y 10 ^ 5 sistemas estelares (mi WAG), o, como dice la broma, mirando hacia dónde apunta el faro de nuestra civilización (es decir, el plano de nuestras emisiones de radar más fuertes que se envían a lo largo de la eclíptica hacia planetas y asteroides, aunque solo por el último

60 años) reduce el tamaño del parámetro de búsqueda. Una visualización que hice hace unos años puede ser de interés https://vimeo.com/208013337

Si pudiera explicar por qué mis 2 puntos son defectuosos o incorrectos, ayudaría. Por supuesto, no estoy de acuerdo, pero proporcione una explicación para que no repita los errores.

Intentaré ser menos voluble. Pruébalo todo: amplía, profundiza.

1. Es más probable que cualquier ETI esté tecnológicamente mucho más allá de nosotros. Esto significa que nuestros límites tecnológicos que hacen de los tránsitos el mejor método para detectar vida no serán relevantes para tal civilización. Por lo tanto, la vista restringida a lo largo de nuestro plano es innecesaria.

Los tránsitos tierra-sol observados por una civilización avanzada habrían detectado O2 por

2.5 mil millones de años. Según los argumentos clásicos de SETI, las civilizaciones avanzadas serían de larga duración. ¿Les importaría según la publicación de AlexTru & # 8217 en el lugar (y divertido)? No lo sé, pero si les importara, en cientos o miles de pársecs, las probabilidades son al menos modestamente mejores de que puedan & # 8220 llamar a nuestra puerta & # 8221 de vez en cuando. Por lo tanto, al reducir el espacio de búsqueda, lo profundiza.

2. Si alguna civilización está dentro de los 100 parsecs, esto implica que la galaxia debe estar repleta de civilizaciones. Esto parece extremadamente optimista. El límite de distancia parece estar determinado por nuestra tecnología (véase el punto 1).

No discutiría eso en absoluto. Pasamos de buscar un gotero, a una taza, a un jacuzzi y un valor de agua de la Tierra y océanos (CD 9/9/20), por lo que el SKA es un instrumento muy digno de poner en línea. Pero si el telescopio Webb detecta oxígeno en una planta distante, tiene toda nuestra atención.

Ponga los miles de millones de dólares para un Colisionador de Hadrones aún más grande (con pocas posibilidades de que se alcance un nuevo horizonte según Sabine Hossenfelder) en la búsqueda de vida y exploración solar y habrá resultados sólidos, posiblemente nulos. De cualquier manera: humillante.

Sin embargo, para AlexTru & # 8217s punto (¿Alex Tolley & # 8217s Pen Name?) Toda la ciencia parece casi una historia en los últimos tiempos. Puede que sea mi estado de ánimo depresivo, pero hombre, ¡desearía que esos ovnis que la Marina filmó simplemente aterrizaran en algún lugar o se quedaran quietos!

Caracterizaría lo que está diciendo como & # 8220 buscando un gato negro que [probablemente] no esté en una habitación oscura & # 8221. Es mejor mirar fuera de la ciudad para encontrar un gato negro. [O coloque trampas si es posible.]

La búsqueda sigue siendo del tamaño de un cuentagotas, pero ahora está más restringida a menos muestras cerca de la orilla del mar. En términos marinos, pocos peces viven en las olas y la mayoría vive en aguas más profundas. Si las estrellas más cercanas fueran como un arrecife de coral, podría estar de acuerdo contigo, pero no hay razón para extender la analogía más allá del punto de ruptura.

las probabilidades son al menos modestamente mejores de que puedan "llamar a nuestra puerta" de vez en cuando.

Eso al menos apoya mi opinión de que se trata de esperar comunicación (o una visita al césped de WH). Pero si uno quiere buscar estrellas más cercanas, ¿por qué restringirlo a estrellas que pueden ver la Tierra como un tránsito, en lugar de todas las estrellas adecuadas, solo porque los tránsitos son lo que tenemos para caracterizar las atmósferas? Pero reitero mi primer punto sobre los gatos y sugiero que busquemos en todas las habitaciones oscuras del vecindario, no solo en las de la misma calle. )

[Y no, AlexTru es una persona totalmente diferente].

Bueno, tengo una opinión un poco diferente sobre esto. Cuando comencé a mirar su muestra, noté que incluían estrellas solo hasta M 5.0. Después de analizar los datos, debería haber al menos 300 enanas M más entre M5.5 y M 9.0 que no están incluidas, estas estrellas tienen temperaturas por debajo de los 2800 grados Kelvin. Ahora investigando esto, me encontré con un artículo sobre el que había visto informes anteriores pero que tenía nuevos datos:
Profundizando en la secuencia principal con Gaia.
https://aasnova.org/2020/08/21/getting-deeper-into-hr-diagrams-with-gaia/

Lo que habían descubierto era el corte real en los diagramas de Hertzsprung-Russell (HR) de la secuencia principal que muestra una brecha real entre las enanas M convectivas parciales y las completamente convectivas en masas de alrededor de 0,35 masas solares.

Pero algo que mencionaron y que me ha desconcertado durante algún tiempo es que, más tarde, M6.0 a M10 se vuelven más raros cuando su vida útil se vuelve mucho más larga. Estas deberían ser las estrellas más comunes en nuestra galaxia y deberían constituir al menos el 50% de la población de enanas M. Entonces, ¿la civilización y la # 8217 de nuestra galaxia han transformado estas diminutas estrellas para sus propios fines?
Ahora, antes de irnos tan lejos, déjame explicarte por qué esto tiene sentido
La galaxia es un ecosistema como la Tierra y jugar con las estrellas gigantes de corta vida podría tener problemas a largo plazo con los ciclos estelares.
Ahora, las estrellas pequeñas de baja potencia con una vida útil prolongada tienen muy poca influencia en los ciclos estelares de nuestra galaxia y no se perderán durante largos períodos de tiempo. El mayor efecto serían sus efectos gravitacionales para una gran cantidad de ellos.

El resultado obvio sería una gran cantidad de estrellas invisibles de baja masa, algunas de las cuales están mucho más cerca que Proxima Centauri. Como dijo Clark, sería indistinguible de la magia. Hay formas de detectarlos, pero las formas estándar serán inútiles, así que comience a pensar como extraterrestres invisibles o tecnosfirmas invisibles & # 8230

Esta es una observación intrigante y vale la pena seguir su sugerencia sobre la causa. Si estas estrellas tienen enjambres de Dyson o se están reduciendo en masa para enfriarlas aún más, esto sugeriría que debería haber más estrellas solo IR. Si la masa total permanece en el sistema, entonces la lente gravitacional debería poder detectar aquellas estrellas donde la salida espectral aparente se desplaza a las longitudes de onda más largas. Si las estrellas se han colapsado en agujeros negros y la mayor parte de la masa estelar se alimenta al BH para obtener energía, eso representaría un caso extremo de esta solución.

¿Tiene alguna sugerencia para probar su hipótesis que podría ser factible con los datos que tenemos? Alternativamente, ¿hay alguna explicación alternativa para su observación de las estrellas perdidas?

Creo que puede haber una explicación mucho más sencilla.

Todavía estoy investigando, pero a nivel estelar esto parece una buena posibilidad incluso en la medida de un fenómeno natural hasta cierto punto.

Mi conexión a Internet DSL lenta ha tenido altibajos debido a una tormenta tropical durante los últimos dos días, por lo que se actualizará cuando funcione.

Permítanme agregar algunos detalles a mi comentario original.

El documento está preguntando implícitamente & # 8220 ¿Dónde podríamos buscar mejor para ETI? & # 8221 La suposición es que las ETI enviarán algún tipo de señal en nuestra dirección si pueden estar seguros de que hay vida en la Tierra, y presumiblemente una civilización tecnológica para responder. .

El límite de distancia de 100 parsec podría justificarse si una civilización industrial en la Tierra es detectable hasta hace 600 años impares (el doble del tiempo para detectar y enviar un mensaje detectable por nosotros) y sería detectable. IOW, la civilización europea podría detectarse como industrial o probablemente lo será en breve con la tecnología de comunicación interestelar alrededor del 1400 d.C. Lo más probable es que el límite de 100 parsec se base en nuestras limitaciones tecnológicas y los datos de TESS.
El número de estrellas candidatas se reduce a las que tienen más probabilidades de tener los tipos ETI, F, G, K y M.
El conjunto resultante es de alrededor de 1000 estrellas.

Para que esta lista sea objetivos de búsqueda que tengan éxito, es decir, la detección de una señal emitida por un ETI que ha detectado y caracterizado nuestro planeta en función del análisis de tránsito, debe haber al menos 1 civilización que nos esté sonriendo con una señal em detectable.

Tenga en cuenta que la suposición es que ETI utiliza tecnología de tránsito para detectarnos. Que, a su vez, asumen que podríamos detectar su señal y quizás devolver una señal reconociendo su señal. O podrían estar enviándonos altruistamente una Enciclopedia Galáctica para elevar nuestro conocimiento, o quizás para dañarnos (cf. & # 8220A para Andromeda & # 8221 & # 8211 Fred Hoyle).

Dada la profundidad del tiempo, ¿qué tan probable es que haya una ETI con aproximadamente nuestro nivel actual de tecnología en ese objetivo establecido? Dentro de unos pocos cientos de años, es posible que estemos enviando enjambres de sondas subluz para buscar vida y posiblemente civilizaciones, dejando obsoleta la tecnología de tránsito que no sea un método temprano para apuntar nuestras sondas hacia mundos habitados. [Acabo de volver a leer Silverberg & # 8217s & # 8220Tower of Glass & # 8221 donde un industrial está decidido a enviar una señal FTL a una fuente que ha enviado un mensaje de radio a la Tierra. Falla y finalmente deja la Tierra en una nave estelar subluz para encontrar la fuente.]

Si hubiera una civilización ET dentro de 100 parsecs, por muy antigua que sea, sería una coincidencia notable o implicaría que la galaxia está llena de ETI. Esto luego choca con la Pregunta de Fermi, aunque solo sea porque el SETI no ha arrojado ningún resultado hasta ahora.

Ahora es muy posible que ETI utilice alguna forma de comunicación FTL que todavía tenemos que descubrir, y que cuando lo hagamos, el cielo se iluminará con mensajes. Sin embargo, cuando los europeos fueron a explorar tierras desconocidas, especialmente selvas tropicales, en busca de otras personas, no utilizaron métodos de comunicación tecnológica para señalar su presencia y esperar una respuesta utilizando el mismo medio, sino que utilizaron el método de comunicación de denominador común más bajo & # 8211 presencia física. . La principal objeción a suponer que ETI usaría comunicación por radio u óptica en lugar de comunicación FTL (si existe) es si el costo de la primera era considerablemente más alto que la segunda, o si el descubrimiento de la comunicación FTL era un prerrequisito para contactar a los menos avanzados. especies. (Véase la firma de la unidad warp en & # 8220Star Trek: Primer contacto & # 8221).

En este momento, no sabemos qué tan común es la vida en otros lugares, y mucho menos ETI (La ecuación de Drake da como resultado 1 (nosotros) a muchos miles de civilizaciones ET, dependiendo de las suposiciones de entrada). Tenemos una visión antropomórfica de que el cerebro y la inteligencia tienden a aumentar a lo largo del tiempo evolutivo, y que las especies tecnológicas casi necesariamente surgirán y demostrarán tener una ventaja a largo plazo (es decir, en un marco de tiempo evolutivo). Eso puede ser una presunción de nuestra parte. Nuestro preH. sapiens los antepasados ​​tenían esas ventajas de inteligencia, pero no pudieron resistir en ningún número. Si uno usa la excusa de que los humanos modernos superaron a nuestros primos cercanos, ¿cómo es que los primates y homínidos mucho antes no dominaban el planeta con su inteligencia sin competir con los humanos modernos? Ningún otro linaje ha adquirido esa chispa de evolución cultural que en el espacio de decenas de milenios (un parpadeo en el tiempo evolutivo) nos trajo la civilización, e inicialmente en Europa, la civilización industrial global que comenzó hace apenas siglos. ¿Qué pasa si el Antropoceno resulta transitorio, como un gran impacto de meteorito?

En resumen, considero que las suposiciones subyacentes a este artículo son profundamente defectuosas. No entiendo los motivos de Kaltenneger al escribir este artículo. Su artículo anterior con Pepper (2019 en las referencias) fue mucho más convencional.

Los autores simplemente declararon & # 8220Aquí, preguntamos, ¿desde qué puntos de vista estelares podría un observador distante buscar vida en la Tierra de la misma manera? & # 8221 No necesitan justificarlo más. No veo suposiciones subyacentes. De alguna manera no está fuera de la corriente principal.

Como parte de la misión extendida, el TESS de la NASA también buscará planetas en tránsito en la eclíptica hacia
encontrar planetas que ya podrían haber encontrado vida en nuestra Tierra en tránsito.

Leí esto como un argumento de que las estrellas en esta lista de objetivos son las mejores para la búsqueda SETI, ya que ETI en estos sistemas puede usar el método de tránsito para caracterizar nuestro planeta y, por lo tanto, saber que hay vida, y posiblemente vida inteligente, en la Tierra.

Si bien no es tan cínico como AlexTru a continuación, creo que hay algo de verdad en su comentario.

& # 8220La astrónoma de Cornell Lisa Kaltenegger y Joshua Pepper de la Universidad de Lehigh han identificado 1.004 estrellas de secuencia principal, similares a nuestro Sol, que podrían contener planetas similares a la Tierra en sus propias zonas habitables dentro de unos 300 años luz de aquí, & # 8221 muchas estrellas similares a nuestro Sol y podría haber cien exoplanetas del tamaño de la Tierra en la vida según este artículo. La edad de las estrellas podría ayudar a refinar la búsqueda.

La espectroscopia de tránsito tiene un límite de alcance de varios miles de años luz, como ya ha demostrado Kepler. Sería bueno comenzar a buscar esos planetas cercanos en busca de tránsitos de un año de inmediato.

Puede haber muchos exoplanetas del tamaño de la Tierra en la zona habitable que deberían ser observados de cualquier manera, pero si la vida es más rara, entonces tendríamos que buscar más, pero comenzar la búsqueda cerca es una buena idea. Estoy de acuerdo con Alley Tolley en que una civilización muy avanzada no se limitaría a la espectroscopia de tránsito y podría tener un telescopio espacial extremadamente grande. No hay duda de que una civilización extraterrestre en uno de estos exoplanetas cercanos del tamaño de la Tierra podría vernos incluso si no son mucho más avanzados que nosotros. Una señal aún podría tardar cientos de años en llegarnos. Si pudieran ver nuestros espectros, los gases de firma biológica y también el monóxido de carbono, el CO y la contaminación del aire, entonces podrían pensar que somos como ellos y que tenemos una tecnología y un nivel de avance similares.

SETI supone encontrar alguna civilización avanzada, pero siempre limitando la capacidad de ETI por la argumentación antropomórfica y nuestro nivel tecnológico y métodos actuales :-)
Puede que este artículo esté más dictado por motivos económicos que cualquier otra cosa.
La astronomía de tránsito está a la vanguardia de la ciencia ahora, por lo que parece que en este artículo SETI adoptó la idea de conectar los logros de la astronomía de tránsito con un nuevo método de SETI, y venderlo como un "nuevo enfoque" para distinguirlo de las antiguas búsquedas infructuosas durante mucho tiempo. Esto se hace con la esperanza de encontrar nuevas inversiones financieras.
Otras palabras: "en el pasado (SETI) buscamos en todas las direcciones y no encontramos nada, así que a partir de ahora escucharemos principalmente en el plano de la eclíptica y ahora, utilizando el" nuevo "enfoque", seguro que encontraremos al ETI que adoptó la tecnología de astronomía de tránsito. .
SETI people & # 8211 gente divertida, a la que le gusta contar cuentos de hadas.

No niego haber pensado en algo similar, pero esto parece bastante duro. Inventemos otro medio de encontrar exoplanetas, al menos en nuestras mentes, antes de poner demasiado esfuerzo en criticar esta tesis.

Hmmm & # 8230, ¿qué tan difícil sería detectar exoplanetas midiendo los tránsitos de soles que no son los suyos desde una constelación de telescopios espaciales, cada uno de los cuales observa cada estrella en el cielo? ¿Cuántos harían falta? Si Gaia puede ver mil millones de estrellas, eso & # 8217s 1 / 8E7 estereorradián por estrella con un radio de 6.3E-5 radianes = 0.2 segundos de arco, dejando a todas esas estrellas con una separación de aproximadamente 0.4 segundos de arco en un promedio terrible. (Alguien me diga lo equivocado que estoy) El planeta Tierra a 6.4E6 ma una distancia de 100 ly (9.5E15 m) es aproximadamente 6.7E-10 radianes = 0.4E-7 segundos de arco. Así que necesitamos unos 10 millones de telescopios para detectarlo mientras se desliza más allá de la estrella distante más cercana a la que no orbita. Quizás cada telescopio sea un diminuto nanotubo de carbono apuntado a su única estrella de interés, calibrado por el reflejo de alguna fuente externa y redirigido por un suave haz de EM débil. Pero si multiplicamos esa cifra por un campo profundo, se vuelve bastante intimidante, al igual que todo tipo de viento solar y presión ligera para un proyecto de este tipo. Puedo imaginarme que podría llegar un momento para algunas civilizaciones en que podrían hacerlo, o tal vez haya una forma más inteligente, pero todavía no estoy listo para burlarme de la idea de buscar tránsitos mundanos todavía.

¿No sabemos ya cómo analizar planetas sin tránsitos? Para telescopios espaciales grandes, una pantalla estelar expondrá planetas alrededor de una estrella cualquiera que sea la orientación. Las lentes gravitacionales permitirán obtener imágenes relativamente buenas de esos planetas. Despliegue un número suficiente de estos telescopios y ETI probablemente podría mantener un seguimiento periódico de los planetas en un gran volumen de espacio. Esto con tecnología que podríamos implementar en un futuro relativamente cercano. Para las especies tecnológicas que emiten descuidadamente ondas em desde radares, medios de transmisión, etc., cualquier radiotelescopio suficientemente grande puede detectar especies tecnológicas dentro del cono de luz. Por supuesto, agregue los tránsitos, pero mi punto es que ETI, si existe, tiene una serie de técnicas para observar la Tierra que no requieren estar en una dirección especial para ver nuestros tránsitos.

¡Wups, olvidé multiplicar por ese 100! Los paréntesis son malvados & # 8230 Nuestros astrónomos alienígenas necesitarán más esclavos y más grog para hacer esto.

Hay aproximadamente 250.000 estrellas dentro de 100 parsecs (números redondos). Sin siquiera filtrarlos a posibles candidatos por tipo estelar, con planetas, etc., una ETI de larga duración podría lanzar 100 sondas interestelares cada año [de la Tierra] a 0.1c y con 4 milenios cada estrella podría tener un acechador de monitoreo que haya informado. condiciones en cualquier mundo viviente y las condiciones. Suponga que 1 estrella entre 1000 tiene un mundo vivo con una vida compleja. Eso deja solo 250 estrellas para monitorear en tiempo profundo. Siempre que la civilización de la ETI pueda sostenerse como de alta tecnología y sea necesario reemplazar una sonda cada 100 años, deben lanzar una media de 2,5 sondas por año para mantener la vigilancia de los mundos prometedores.

Para la Tierra, una vez que una sonda ha detectado artefactos como ciudades, solo quedan 10 milenios para alcanzar nuestro nivel de tecnología. Entonces, para la sonda número 100 después de la primera detección de la ciudad, ETI habrá establecido que la Tierra tiene una civilización tecnológica con la que la civilización puede decidir cuándo / si contactar.

Así que incluso un método de fuerza bruta para detectar civilizaciones tecnológicas alrededor de otras estrellas no es descabellado. En la práctica, las 250.000 estrellas podrían filtrarse primero mediante observación remota, aunque solo sea para enviar sondas a aquellos con planetas rocosos en el HZ [CHZ?] Detectados por tránsitos, velocidad radial y astrometría utilizando tecnología que es solo un poco más avanzada que lo que ya hemos logrado en tan poco tiempo, así como métodos más avanzados como la lente gravitacional.

Una vez que la primera sonda ha localizado un planeta prometedor, podría tener sentido construir una infraestructura local para ayudar al flujo de sondas de reemplazo. Para la propulsión por radiación con haz, un haz comparable en la estrella objetivo será útil para la desaceleración y para mantener un tránsito rápido entre estrellas. O podría establecerse la construcción local de sondas de reemplazo, más bien como el concepto de replicador de von Neumann, pero restringido al reemplazo únicamente dentro del sistema. O quizás replicadores de von Neumann para cubrir todas las estrellas en el volumen de 100 parsec para eliminar el costo económico de los lanzamientos del mundo de origen.

En mi opinión, con mucho, el mayor problema es que las civilizaciones aparecen con muchos millones de años de diferencia. No van a ser ni remotamente contemporáneos, al menos no a nivel tecnológico. O tienen millones de años o serán fugaces y desaparecerán antes de que surja la próxima civilización. Es mucho más probable que cuando surja una civilización, comience la colonización tan pronto como sea práctico para asegurar su supervivencia a largo plazo. Se desconoce la forma que adoptan esas colonias, pero teóricamente podrían colonizar todas las estrellas de la galaxia en un millón de años, un período de tiempo que posiblemente sea más corto de lo que pueda surgir cualquier civilización independiente. o muy cerca, no están por ningún lado.

1. Mike, es una gran falta limitar nuestra futura tecnología astronómica (cualquier ETI), la situación actual de homo sapience & # 8211, no está en ninguna parte, aceptando ese enfoque, estás negando implícitamente el progreso.
Como escribió Alex Tolley, incluso hoy tenemos formas alternativas para la detección de exoplanetas (starshade & # 8211 una de las opciones). Y creo que en un futuro cercano, cuando los científicos tengan sensores de imagen (matriz) que tengan un rango dinámico más alto y una mejor resolución de píxeles, esta tecnología permitirá obtener imágenes directas de sistemas planetarios distantes, y aquellos que se orienten perpendicularmente al plano de la eclíptica tendrán enormes ventaja. Deambulando, ¿deberíamos esperar de Kaltenegger un nuevo artículo que cambie la dirección de las búsquedas SETI preferidas en 90 grados, solo porque nuestra tecnología cambió de dirección?
Finalmente, la argumentación de Kaltenegger intenta probar que la actividad de ETI depende de nuestra tecnología actual, algún tipo de enredo de civilización “milagrosa” :-)
2. Nuestras tecnologías actuales de detección de exoplanetas no permiten detectar planetas alrededor de estrellas similares a nuestro Sol, entonces, ¿qué conclusión deberíamos sacar de este hecho?
3. Nuestro muestreo y distribución de exoplanetas muestra principalmente nuestra limitación tecnológica.
El hecho de que sepamos detectar planetas principalmente alrededor de enanas rojas no significa automáticamente que los sistemas planetarios solo sean posibles alrededor de enanas rojas.
Pero si aplicamos la tasa de detección de planetas alrededor de las enanas rojas a todo tipo de estrellas, estoy seguro de que podemos aceptar que la mayoría (probablemente todas) las estrellas poseen planetas.
Si aceptamos que la mayoría de las estrellas poseen un sistema planetario, podemos concluir que para SETI, todas las direcciones (en relación con nuestro plano eclíptico) son iguales.
& # 8211 Ni nosotros, ni ETI no estamos eligiendo una ubicación relativa en la Galaxia,
& # 8211 las leyes físicas son las mismas en todas las direcciones en nuestra galaxia.
4. Por tanto, no puedo aceptar la argumentación de Kaltenegger como científica.

Entiendo su punto, pero no estoy listo para ser dogmático al respecto. La tecnología del futuro no es algo que podamos predecir o explicar con precisión. Por ejemplo, la paradoja de Fermi aún podría implicar algún tipo de estancamiento después de nuestro estado actual de desarrollo, o civilizaciones con una esperanza de vida tan corta como la nuestra. Alternativamente, tal vez los extraterrestres aún se enfocarían en los tránsitos porque tienen un detector de neutrinos altamente eficiente que puede hacer un escaneo 3D de alta resolución de cada habitación de la Tierra utilizando los neutrinos solares. Aunque no le niego que probablemente tenga razón, la otra posibilidad aún merece atención.

Si la proximidad de numerosas estrellas cerca del centro galáctico crea una circunstancia poco hospitalaria, y la baja metalicidad en los confines de una galaxia va en contra de la biología, entonces tal vez la Zona Habitable Galáctica podría ser una guía útil sobre dónde buscar el escurridizo & # 8211 y hasta ahora criaturas míticas & # 8211.

No conozco los medios de difusión. Leí en algún lugar en línea que si hubiera una gran cantidad de radiotelescopios, podríamos captar señales de radio y televisión, pero no creo que sea correcto debido a la ley del cuadrado inverso que se aplica a las señales de radio electromagnéticas. Los medios de difusión se extienden demasiado rápido y no son lo suficientemente fuertes. Alguien tiene que estar enviando una señal con un radiotelescopio grande con suficientes vatios de potencia para que podamos captarla incluso con una matriz de kilómetros cuadrados o muchos radiotelescopios.


Procedimiento

Propiedades (masa y semieje mayor) de planetas descubiertos hasta 2013 usando velocidad radial, comparados (gris claro) con planetas descubiertos usando otros métodos.

Se hace una serie de observaciones del espectro de luz emitida por una estrella. Se pueden detectar variaciones periódicas en el espectro de la estrella, con la longitud de onda de las líneas espectrales características en el espectro aumentando y disminuyendo regularmente durante un período de tiempo. Luego, se aplican filtros estadísticos al conjunto de datos para cancelar los efectos del espectro de otras fuentes. Usando técnicas matemáticas de mejor ajuste, los astrónomos pueden aislar la onda sinusoidal periódica reveladora que indica un planeta en órbita. [6]

Si se detecta un planeta extrasolar, se puede determinar una masa mínima para el planeta a partir de los cambios en la velocidad radial de la estrella. Para encontrar una medida más precisa de la masa se requiere conocer la inclinación de la órbita del planeta. Un gráfico de la velocidad radial medida en función del tiempo dará una curva característica (curva sinusoidal en el caso de una órbita circular), y la amplitud de la curva permitirá calcular la masa mínima del planeta utilizando la función de masa binaria.

El periodograma bayesiano de Kepler es un algoritmo matemático que se utiliza para detectar planetas extrasolares únicos o múltiples a partir de sucesivas mediciones de velocidad radial de la estrella que orbitan. Implica un análisis estadístico bayesiano de los datos de velocidad radial, utilizando una distribución de probabilidad previa sobre el espacio determinada por uno o más conjuntos de parámetros orbitales keplerianos. Este análisis puede implementarse utilizando el método de cadena de Markov Monte Carlo (MCMC).

Aunque la velocidad radial de la estrella solo da la masa mínima de un planeta, si las líneas espectrales del planeta se pueden distinguir de las líneas espectrales de la estrella, entonces se puede encontrar la velocidad radial del planeta en sí y esto da la inclinación de la órbita del planeta y, por lo tanto, se puede determinar la masa real del planeta. El primer planeta no en tránsito que encontró su masa de esta manera fue Tau Bo & # 246tis b en 2012 cuando se detectó monóxido de carbono en la parte infrarroja del espectro. [14]

Ejemplo

El gráfico de la derecha ilustra la curva sinusoidal usando espectroscopía Doppler para observar la velocidad radial de una estrella imaginaria que está siendo orbitada por un planeta en una órbita circular. Las observaciones de una estrella real producirían un gráfico similar, aunque la excentricidad en la órbita distorsionará la curva y complicará los cálculos a continuación.

La velocidad de esta estrella teórica muestra una variación periódica de & # 1771 & # 160 m / s, lo que sugiere una masa en órbita que está creando una atracción gravitacional sobre esta estrella. Usando la tercera ley de movimiento planetario de Kepler, el período observado de la órbita del planeta alrededor de la estrella (igual al período de las variaciones observadas en el espectro de la estrella) se puede usar para determinar la distancia del planeta a la estrella (r < displaystyle r> ) utilizando la siguiente ecuación:

  • r es la distancia del planeta a la estrella
  • GRAMO es la constante gravitacional
  • METROestrella es la masa de la estrella
  • PAGestrella es el período observado de la estrella

La masa del planeta se puede encontrar a partir de la velocidad calculada del planeta:

Así, asumiendo un valor para la inclinación de la órbita del planeta y para la masa de la estrella, los cambios observados en la velocidad radial de la estrella pueden usarse para calcular la masa del planeta extrasolar.


3. MÉTODOS

La resolución espacial necesaria para detectar la señal espectroastrométrica para nuestros sistemas planetarios-luna fiduciales simulados es mucho mayor que la que puede proporcionar cualquier telescopio en la actualidad, y mayor que las misiones de imágenes directas de primera generación propuestas. Ambos sistemas planeta-luna tienen una separación de ≈2 mas, mientras que telescopio espacial Hubble tiene un ancho de PSF de ≈100 mas a 2.5 μm (y sin coronógrafo), y los telescopios de imágenes de primera generación tendrán resoluciones espaciales similares. En consecuencia, nos centramos en los futuros telescopios de segunda generación. Para simular una detección espectroastrométrica de los modelos de exoluna presentados en este artículo, exploramos el espacio de parámetros multidimensionales de un telescopio espacial coronario idealizado capaz de tal hazaña. Un telescopio espacial sería ideal para la detección de exolunas debido a la capacidad de observar en las ventanas atmosféricas de la Tierra y para evitar la turbulencia atmosférica sin la ayuda de la óptica adaptativa.Estos mismos requisitos se aplican a la detección y caracterización coronagráfica de planetas similares a la Tierra en sus zonas habitables. En la Sección 3.1 describimos los parámetros usados ​​en nuestro modelo, en la Sección 3.2 definimos la señal espectroastrométrica, en la Sección 3.3 discutimos el ruido limitado por fotones y la relación señal-ruido, y en la Sección 3.4 describimos las simulaciones de Monte Carlo de observaciones espectroastrométricas .

3.1. Parámetros del sistema de modelo

Hemos asumido un sistema planeta-luna cuya luna orbita en el plano ecuatorial del planeta en movimiento progrado. La separación planeta-luna para el sistema ExoEarth-Moon se tomó como la separación actual Tierra-Luna, mientras que la separación para el sistema Joviano-Tierra se tomó como 30% del radio de Hill de un Júpiter cálido a 1 AU de un Estrella similar al Sol (correspondiente a 43 RJúpiter), ligeramente menor que el semieje mayor crítico para un satélite progrado (Barnes & amp O'Brien 2002). Para la exploración preliminar de la relación señal / ruido (S / N) para diferentes resoluciones espectrales y pares de longitudes de onda, establecemos el diámetro del telescopio en 12 m, la distancia al sistema desde el observador en 1.34 pc (Tierra-Luna) y 10 pc (Joviano-Tierra) y tiempo de exposición de 1 día (Tabla 1). Suponemos que la posición luna-planeta está fija en el rango de exposición dado que nuestros dos sistemas fiduciales tienen períodos orbitales de días, el centroide cambiará durante este tiempo, que es solo el 20% de la separación planeta-luna, y una fracción muy pequeña del ancho de la PSF. Hemos seleccionado un telescopio de 12 m en función del rango de aperturas que se están considerando para el "Telescopio espacial de alta definición" (HDST Dalcanton et al. 2015), que se basa en una estimación (conservadora) de la detectabilidad de planetas (Stark et al. 2015). El factor de eficiencia del telescopio, que tiene en cuenta el rendimiento del instrumento, la eficiencia cuántica del detector y las pérdidas de apertura fotométrica, se mantuvo en un 20% durante todos los cálculos. Estos parámetros del sistema se pueden encontrar en la Tabla 1. La Sección 4.3 explora el efecto que tiene la variación del tamaño del telescopio y la distancia del observador en la S / N.

Un telescopio tan grande sería capaz de detectar rápidamente exoplanetas del tamaño de la Tierra (en unas pocas semanas) con un estudio de imágenes directas de estrellas cercanas similares al Sol (Agol 2007). Los planetas encontrados con este estudio de imágenes coronarias inicial podrían priorizarse basándose, por ejemplo, en su presencia dentro de su zona habitable de la estrella anfitriona y el potencial de la existencia de una exoluna grande y detectable, para motivar el tiempo de observación adicional para espectrales y detalles detallados. Caracterización espectroastrométrica.

Observamos que los parámetros del sistema modelo Joviano-Tierra que hemos elegido están impulsados ​​por una detectabilidad observacional favorable más que por prejuicios teóricos. Los modelos de formación de satélites alrededor de planetas gigantes se han diseñado para que el Sistema Solar reproduzca, por ejemplo, la relación de masa de 10 −4 observada para los sistemas de satélites de los planetas gigantes (Canup & amp Ward 2002 Sasaki et al. 2010), de modo que los planetas gigantes pueden albergar satélites tan grandes como (Heller & amp Pudritz 2015b). Además, los modelos de formación in situ de satélites a partir de un disco producen satélites regulares a distancias de 6 a 30. Así, en el contexto de estos modelos, un satélite del tamaño de la Tierra a 43 RJúpiter La distancia de un planeta gigante es inesperada, pero puede haberse formado por otros medios, incluida la captura y la migración.

3.2. Señal espectroastrométrica

La señal espectroastrométrica es la diferencia en las posiciones del centroide cuando el sistema se observa en dos longitudes de onda diferentes. Definimos la posición del centroide`` como el centro de luz ponderado por flujo del planeta y la luna en función de la longitud de onda, λ, en la dirección de dos coordenadas angulares del cielo, (X, y), que denotamos como, donde están los (X, y) centroides con respecto al origen del sistema estrella-planeta-luna (y la orientación de las coordenadas se elige con respecto a una dirección de referencia definida por el observador). Tenga en cuenta que las coordenadas angulares (X, y) se expresan en milisegundos de arco (mas), que es el orden típico de separación entre la luna y el planeta.

El detector será capaz de medir esta señal en una banda de onda con longitud de onda central. λ y resolución espectral R, dando el ancho de la banda. Definimos el centroide promediado por bandas como

donde es el flujo total del planeta y la luna, y hemos ponderado el centroide por el número de fotones detectados.

Al calcular el centroide del modelo, definimos y para representar el flujo de la luna y el planeta, respectivamente, y y para representar las posiciones de estos cuerpos (en dos dimensiones, proyectadas en el plano del cielo, perpendiculares a nuestra línea de visión). La posición del centroide dependiente de la longitud de onda,, es

¿Dónde está la separación angular del cielo entre la luna y el planeta en radianes a distancia? D del observador (convertimos esto a milisegundos de arco). Tenga en cuenta que esta ecuación ignora la variación del centro de luz de cada cuerpo con la fase de iluminación, esto es del orden del tamaño angular de cada cuerpo, que es mucho más pequeño que la señal espectroastrométrica.

La medición requiere una posición de referencia en el cielo, por ejemplo, la posición del planeta, mientras que la posición del planeta no se conoce a priori en presencia de una luna con cambio de centroide. Sin embargo, el conocimiento de la posición del planeta no es necesario cuando se considera solo la diferencia entre los centroides medidos en diferentes bandas espectrales. Esta es la señal espectroastrométrica, que escala como la diferencia escalar del centroide planeta / luna en dos bandas de ondas,

que medimos en milisegundos de arco. Tenga en cuenta que puede ser posible seleccionar una resolución diferente R para cada banda de onda. Una ventaja significativa de medir la señal espectroastrométrica, en lugar de es que la absoluto No es necesario calibrar la posición del sistema planeta-luna, solo se debe medir la posición relativa con la longitud de onda. Esto evita la necesidad de un marco de referencia de coordenadas del cielo absoluto, que puede ser una medición difícil de realizar (aunque quizás se podría usar la estrella anfitriona, como se explica a continuación). Además, la posición del planeta se ve afectada por su órbita alrededor de la estrella, su iluminación, su órbita alrededor del centro de masa con la luna y su perturbación gravitacional por planetas compañeros. La medición de la señal espectroastrométrica elimina todos estos efectos de confusión. Tenga en cuenta que esta técnica no requiere calibración de flujo ya que la señal espectroastrométrica está normalizada por el flujo total del planeta y la luna.

3.3. S / N de detección

El ruido espectroastrométrico se escala como la relación entre el ancho de la función de dispersión de puntos incidente en el detector y la raíz cuadrada del número de fotones, asumiendo que el ruido de Poisson del planeta y la luna domina la incertidumbre. A la luz de la extraordinaria ingeniería requerida para el éxito de este proyecto, hemos asumido que un telescopio espacial coronagráfico ideal produciría un ruido instrumental insignificante (debido a la corriente oscura, ruido de lectura, luz dispersa, tamaño de píxel, etc.). Estimamos el número de fotones, incidentes en el detector del coronógrafo debido al planeta y la luna dentro de una banda de ancho durante un tiempo de exposición. tobs ser - estar

donde es el factor de eficiencia elegido del telescopio (definido como la fracción de todos los fotones incidentes en la apertura del telescopio que son medidos por el detector, asumimos que es independiente de la longitud de onda), Dtele es el diámetro del telescopio, h la constante de Planck, C la velocidad de la luz, y es la densidad de flujo dependiente de la longitud de onda (la aproximación supone que este flujo es aproximadamente constante en una banda estrecha). Un análisis más profundo de este cálculo se puede encontrar en la nota de Agol (2007) que es el poder de resolución espectral.

Suponemos que la PSF del planeta está bien aproximada por un disco de Airy, que a su vez aproximamos como un gaussiano con perfil angular, donde es el tamaño angular del disco de Airy, y θ es la coordenada angular desde el centro de la PSF. La precisión de la medición del centroide mejora con la raíz cuadrada del número de fotones detectados. Por lo tanto, el ruido espectroastrométrico para un telescopio espacial coronagráfico ideal (con ruido de fotones limitado) es entonces

La S / N espectroastrométrica la definimos como

entre dos longitudes de onda λ1 y λ2. A continuación, establecemos el umbral para la detección de exolunas en nuestros sistemas modelo en un mínimo de 5σ nivel de confianza, es decir.

En la práctica, el ruido suele estar dominado por la banda de ondas lunares. Esto da una expresión aproximada para el S / N de

donde hemos asumido que λ1 está dominado por la luna mientras λ2 está dominado por el planeta, y es la separación luna-planeta en el cielo en el momento de la observación. Tenga en cuenta que en la banda de ondas dominada por la luna,, en general, las escalas de señal a ruido como

¿Dónde se proyecta la separación física del plano celeste del planeta y la luna, Rmetro es el radio de la luna, y la última cantidad en esta ecuación es la intensidad específica de la luna integrada en el disco.

Usamos estas ecuaciones a continuación para estimar la detectabilidad de un sistema luna-planeta, mientras que para la caracterización de un sistema detectado, empleamos simulaciones de Monte Carlo, que se describen a continuación.

3.4. Simulaciones de Monte Carlo

Hemos realizado simulaciones de Monte Carlo de observaciones coronarias de un sistema luna-planeta detectado con las mismas suposiciones idealizadas: asumimos un amplio rango de sensibilidad de longitud de onda, y asumimos que el ruido de conteo de fotones y el límite de difracción pueden alcanzarse. Definimos contenedores espectrales igualmente espaciados en longitud de onda logarítmica entre una longitud de onda mínima y máxima. Para cada contenedor espectral, calculamos el número predicho de fotones dentro del contenedor para cada cuerpo, y luego extraemos el número observado de fotones de una distribución de Poisson. A continuación, agregamos una desviación gaussiana aleatoria en ambas direcciones en el cielo con una desviación estándar de en la posición de cada cuerpo. Luego calculamos las posiciones promedio ponderadas por flujo de ambos cuerpos para obtener, y calculamos la incertidumbre del centroide, a partir de una media ponderada de las incertidumbres del centroide de los cuerpos individuales. El resultado de esto es un flujo total de fotones y (X, y) posición del centroide para cada intervalo espectral, así como la incertidumbre limitada por ruido de fotón (que suponemos que es la misma en el X- y y-direcciones).

También hemos realizado simulaciones en las que extraemos al azar fotones individuales de las formas espectrales de cada cuerpo y asignamos una posición e incertidumbre posicional a cada fotón. Luego agrupamos estos fotones en longitud de onda para medir el espectro, y calculamos el centroide dentro de cada bin para medir la señal espectroastrométrica, calculamos las incertidumbres en el flujo de fotones a partir de la raíz cuadrada del número de fotones en cada bin, y en el centroide de la dispersión en las posiciones de los fotones dividida por la raíz cuadrada del número de fotones en cada contenedor. Este enfoque requiere más tiempo, pero ofrece resultados equivalentes al enfoque de espectro previamente agrupado.


Paralaje

El paralaje es el ángulo en el centro del cuerpo entre el centro de la tierra y el observador en la superficie. El paralaje como la refracción es máximo cuando la actitud es cero y nulo cuando la altitud es de 90 ° El paralaje también depende de la distancia del cuerpo a la tierra. La paralaje es máxima en el caso de la luna por su proximidad, menor en el caso del sol y nula en el caso de las estrellas. El almanaque náutico da el valor del paralaje horizontal. El paralaje se obtiene de la siguiente manera.

Paralaje en altitud = Paralaje horizontal X Cos altitud aparente.

De la figura anterior, queda claro que:

a) ∠ CXO se denomina Parallax en altitud.

b) El paralaje aumenta con la cercanía del cuerpo a la tierra.

c) La luna es el cuerpo celeste más cercano y, por lo tanto, tiene el paralaje más grande, que varía de 58 & # 8242 a 60 & # 8242.

d) El Sol está más lejos y tiene un Parallax más pequeño que nunca excede 9 & # 8243 de arco.

e) Los planetas tienen cada uno un paralaje muy pequeño dependiendo de su distancia a la tierra,

f) Las estrellas no tienen Parallax, ya que están tan lejos que el radio de la Tierra no subtiende un ángulo a una distancia tan grande.

El ángulo de paralaje es máximo cuando el cuerpo está en el horizonte del observador y cero cuando el cuerpo está en el cenit del observador.

El valor máximo de paralaje ocurre cuando el cuerpo está en el horizonte sensible o en el horizonte racional del observador. Se llama & # 8216 Paralaje horizontal& # 8216. El paralaje horizontal depende del radio de la tierra y la distancia del cuerpo desde el centro de la tierra.

La variación en el valor de la paralaje horizontal del sol puede considerarse insignificante, y se utiliza una cifra constante para calcular la paralaje.

En el caso de la luna, el valor es variable hasta cierto punto. Esto podría considerarse obvio. La luna está más cerca y, aunque es más pequeña en diámetro real, su diámetro aparente varía con la distancia a la tierra. La luna también se mueve en una elipse y, por lo tanto, a veces está más cerca y, a veces, más lejos.

¿Sabías que los antiguos de la India sin muchas ayudas normales tenían una muy buena idea del movimiento de la tierra y la luna?

El disco aparente del Sol y la Luna tiene aproximadamente ½ grado de diámetro. Necesitamos la altitud del centro del disco. Como es difícil juzgar la posición del centro, es una práctica tomar la altitud del borde inferior / miembro inferior o borde superior / miembro superior y aplicar la corrección para obtener la altitud del centro.

El tamaño del Sol y la luna es, por supuesto, constante, por lo que la única variable es la distancia. Los valores de semidiámetro SD del Sol y la luna se dan en el Almanaque Náutico. El valor dado aquí se calcula utilizando la distancia del cuerpo desde la tierra y el centro # 8217s, que da la SD para el observador con la luna en el horizonte racional. En el caso del Sol, el radio de la Tierra es insignificante en comparación con la distancia Tierra-Sol y no es necesaria ninguna corrección. En el caso de la luna, la variación en SD es significativa y se debe aplicar una corrección adicional, que aumenta con SD. Esta corrección se llama aumento de la SD.

Refracción: Todos los rayos de luz que atraviesan la atmósfera se desvían hacia lo normal a medida que se acercan a la tierra. Esta flexión o refracción de los rayos afecta la medición de la altitud correcta.


La evolución de las perspectivas de Vermeer

Tenga en cuenta que los enlaces a las pinturas de Vermeer a continuación conducen a las entradas del catálogo interactivo. Se puede acceder al diagrama de perspectiva de cada obra mediante haciendo click aqui.

Estar libre de objetos geométricos, Vermeer & # 39s temprano Diana y sus compañerasno muestra evidencia de perspectiva lineal, aunque la fuerte inclinación del lavabo de latón ubicado cerca del borde inferior izquierdo de la composición sugiere que el punto de vista del pintor estaba relativamente cerca de la escena. En la siguiente pintura, Cristo en la casa de Marta y María, una serie de características arquitectónicas tentativamente definidas en el lado izquierdo de la composición producen algunas líneas proyectivas que, sin embargo, no conducen a un solo punto de fuga. Esto sugiere que la perspectiva era, en la jerga del pintor, deslumbrante.

higo. 8 Una sirvienta dormida
Johannes Vermeer
C. 1656 y ndash1657
Óleo sobre lienzo, 87,6 x 76,5 cm.
Museo Metropolitano de Arte, Nueva York

La procuradora no muestra signos de progreso. Parece presentar dos puntos de vista incompatibles, uno mirando hacia las figuras y el otro mirando hacia abajo sobre la mesa. 2 Esto crea la impresión de que la jarra de vino Westerwald colocada en la esquina derecha de la mesa está a punto de caer al suelo, a pesar de que el objeto en sí está representado con una verosimilitud excepcional.

En Una sirvienta dormida (fig. 8) las ortogonales inciertas producidas por las tiras paralelas del diseño de la alfombra y mdash, la parte que yace plana sobre la mesa y mdash, parecería converger, curiosamente, en algún lugar cerca de la parte superior de la imagen. Esto nos dice que el artista estaba parado mientras trabajaba y que había colocado su caballete muy cerca de la mesa, mirando hacia abajo a casi todo lo representado en la imagen. Las líneas de perspectiva de la silla en primer plano se acercan relativamente a la intersección en un punto cercano a la línea del horizonte establecida por las ortogonales de la alfombra, aunque no hay forma de determinar si esto es una coincidencia o una aplicación intencionada pero no particularmente cuidadosa de la perspectiva lineal. .

La aparente falta de familiaridad del artista con el potencial expresivo y las reglas básicas de la perspectiva lineal en estas primeras obras sugiere que no se había apropiado de esta habilidad durante su aprendizaje, como se hubiera esperado de un pintor formado en pintura histórica. Tal laguna parece aún más notable a la luz del hecho de que un grupo de pintores arquitectónicos que trabajaban en Delft y la cercana La Haya habían dominado el uso de la perspectiva lineal aplicada a los ambientes exteriores e interiores décadas antes de la incursión de Vermeer en la pintura. .

higo. 9 Niña leyendo una carta junto a una ventana abierta
Johannes Vermeer
C. 1657 y ndash1659
Óleo sobre lienzo, 83 x 64,5 cm.
Gem & aumlldegalerie Alte Meister, Dresde

A pesar de los vacilantes primeros pasos, el joven Vermeer avanzó rápidamente. En GRAMOirl leyendo una carta junto a una ventana abierta las ortogonales del marco de la ventana de madera maciza convergen correctamente en un solo punto a la derecha de la figura, un poco detrás de la cortina. Las líneas de perspectiva del marco de la ventana y la parte con bisagras que sostiene los paneles de vidrio comparten un diseño algo menos coherente, pero no obstante indican que el pintor era consciente de que los objetos vistos oblicuamente necesitan su propio conjunto de puntos de fuga. Esta noción por sí sola delata un uso relativamente sofisticado de la perspectiva lineal que probablemente habría estado fuera del alcance o del interés del pintor holandés medio.

El estudio técnico 3 de Daniel Lordick del cuadro revela que la línea del horizonte divide el lienzo casi exactamente en dos mitades (fig. 9). La línea vertical que atraviesa el centro de gravedad de la niña (la línea perpendicular a través de su oreja) también divide el lienzo en dos mitades, lo que demuestra, según cree Lordick, que la joven pintora había comenzado a emplear la geometría como principio organizador de la composición. . Dado que la línea del horizonte pasa por la frente de la figura, el pintor trabajó de pie y, tal vez, solo era un poco más alto que ella (unos 55 cm.). El hecho de que los primeros signos seguros de perspectiva lineal aparezcan repentinamente en Niña leyendo una carta en una ventana abierta junto con lo que muchos especialistas en arte consideran la evidencia visual más característica de la visión de la cámara oscura (p. ej., puntill & eacutes) puede sugerir que Vermeer había comenzado a utilizar la cámara oscura como ayuda para pintar. 4

En Oficial y niña riendo Vermeer bajó la línea horizontal por primera vez. El hecho de que pase directamente a la altura de los ojos de la joven indica que lo más probable es que el artista haya trabajado sentado. La pintura es también el primer lienzo que presenta un pinchazo en el punto de fuga, revelando el deseo del artista de crear una perspectiva cada vez más controlada. Los críticos han comentado con frecuencia sobre la extrema diferencia de tamaño entre las dos figuras en términos de que Vermeer & # 39s usó una cámara oscura. Sin embargo, con las leyes de la perspectiva lineal y las matemáticas en la mano, Thomas O. Halloran ha calculado que el oficial aparentemente es mucho más grande simplemente porque está sentado bastante lejos de la mesa, muy cerca de la posición del ojo del pintor. Por lo tanto, la cámara en sí no es responsable del efecto discordante del escorzo, sino más bien del hecho de que el punto de vista esté tan cerca de la escena, ya sea la posición de la lente de la cámara o el ojo del pintor. Halloran calculó que el centro del asiento del oficial era de 90 cm. más cerca del punto de vista que el borde cercano de la mesa. Dado que la mujer está aproximadamente 1,7 veces más lejos del espectador que el oficial, él debería tener casi el doble de sus dimensiones en el plano de la imagen, como lo hace. Halloran también sostiene que, teniendo en cuenta las probables diferencias en el grosor de la ropa y el hecho de que la niña se inclina hacia adelante, el oficial por lo demás imponente no parece haber sido especialmente alto, su altura sentada erguida es de solo 2 o 3 cm. mayor que el de ella. Según Halloran, la única anomalía en perspectiva es que la ventana abierta se acorta más de lo que debería y que parece más abierta, aunque argumenta que Vermeer pudo haberlo hecho con ese propósito. 5

Sin embargo, la relativa aleatoriedad de las líneas de fuga producidas por los tirantes y las puntas de los remates de cabeza de león de la silla en primer plano sugiere que no se habían considerado cuidadosamente o que las líneas de perspectiva originales se corrompieron durante el proceso de pintura, lo que conduce a una incertidumbre inevitable cuando intentamos interpretar sus ángulos. En cambio, las líneas de perspectiva del respaldo de la silla de la niña convergen muy bien en la línea del horizonte.

Algunos autores han criticado a Vermeer por la perspectiva aparentemente extraña de la mesa cubierta de tela de La lechera. Sin embargo, en una investigación más de cerca se puede demostrar que la mesa no tiene, como era de esperar, una tapa rectangular. Basado en la reconstrucción geométrica de Keith Cardnell de la superficie del tablero de la mesa (fig. 10 y 11), 6 varios expertos en arte holandeses del siglo XVII han coincidido en que lo que vemos es en realidad la mitad de la parte superior de una caída de patas del siglo XVII. mesa de hojas, que cuando está abierta, tiene una tapa octogonal. Un mueble así habría sido fácilmente comprendido por los contemporáneos de Vermeer.

Cardnell también señaló otra inconsistencia de perspectiva, quizás más significativa. Dado que, de acuerdo con las reglas de la perspectiva, todo lo que esté debajo de la línea del horizonte estará debajo de la línea de visión del espectador y la línea del horizonte en La lechera está limpiamente por encima del brazo izquierdo de la figura y el observador debe poder ver la superficie horizontal de la leche dentro de la abertura de la jarra de barro que sostiene la lechera. En otras palabras, "la superficie plana de la leche no podría haber desaparecido hasta que el flujo se haya detenido por completo". Sin embargo, es imposible saber si tal divergencia de la geometría de la perspectiva es una ad hoc error, destinado a mejorar el impacto expresivo de la pintura acentuando el vacío negro del interior de la jarra, o un descuido observacional. El propio Cardnell sostiene que dado que el chorro de leche es el foco principal de atención en la composición `` es inconcebible que no se haya prestado especial atención a la fuente del flujo y los alrededores inmediatos ''. Cardnell también plantea la hipótesis de que el calientapiés está incorrectamente acortado, sesgado de acuerdo con a los requisitos estéticos.

Al estar desprovisto de un piso cuadriculado, uno podría suponer que no hay forma de recuperar los puntos de distancia de La lechera. Sin embargo, como astutamente ilustra Cardnell, es posible intentar una aproximación razonable utilizando la geometría subyacente de la mesa ortogonal y, más especulativamente, la elipse creada por el borde redondo de la olla de barro en la que fluye la leche. Al colocar el borde de la jarra y mdash y mdashit se describe y elipse en el plano de la imagen y mdash con un cuadrado correctamente acortado, las diagonales se pueden proyectar hacia arriba a la izquierda y a la derecha hasta que se cruzan con la línea del horizonte. Aunque la elipse del borde es muy regular, quizás sea demasiado pequeña para proporcionar algo más que una estimación aproximada de la ubicación de los puntos de distancia.Por otro lado, si asumimos que la parte superior de la mesa abierta describe un octágono regular, lo que parece razonable, proporciona una base mucho más tranquilizadora para la medición (los pares de puntos de distancia producidos por la jarra y la mesa no se superponen con precisión). . Los puntos de distancia derivados de la geometría de la mesa revelan que el punto de vista del pintor estaba, como en otras obras tempranas, bastante cercano al tema que estaba pintando. 7

Desde un punto de vista puramente artístico, el punto de vista bajo en La lechera sienta al espectador en una silla en el lado más cercano de la mesa, su rostro al nivel de la jarra. Así, el torso voluminoso de la criada de la cocina se eleva muy por encima de su cabeza. Si su rostro se viera un poco más arriba, sus ojos bajos podrían interpretarse como un signo de modestia o servidumbre. Pero aquí la mirada de la mujer sugiere concentración y control ''. 8

A pesar del hecho de que la perspectiva lineal se ha asociado omnipresente con las pinturas de los interiores y exteriores de los edificios, los dos paisajes supervivientes de Vermeer son esencialmente siluetas, cuyas masas oscuras de materia mundana densa contrastan con el mundo vaporoso sobre él tanto en tono como en sustancia pictórica. Tal fórmula de composición parece algo desconcertante porque las elegantes calles de los canales de Delft o, mejor aún, el gran espacio del Market Place, habrían brindado oportunidades de libro de texto para ejercitar las habilidades de uno en una perspectiva de un solo punto. Es aún más desconcertante si tenemos en cuenta que Peter de Hooch ya había empleado la perspectiva lineal con gran ventaja en sus entrañables escenas de los patios de Delft, que generalmente se consideran los puntos de partida de Vermeer. Pequeña calle. Solo se puede suponer que la perspectiva lineal no era una prioridad artística en el momento en que ejecutó cualquiera de las dos obras.

MIRANDO SOBRE VERMEER & # 39S HOMBRO

El libro completo sobre técnicas y materiales de pintura del siglo XVII, con especial atención a la pintura de Johannes Vermeer.

2020 | PDF | 3 volúmenes | 294 páginas

Mirando por encima del hombro de Vermeer es un estudio exhaustivo de los materiales y las técnicas de pintura que hicieron de Vermeer uno de los más grandes maestros del arte europeo. Para formar la imagen más clara de sus métodos cotidianos, no solo debemos mirar lo que sucedió dentro del estudio de Vermeer, sino también lo que sucedió dentro de los estudios de sus colegas más destacados.

Mirando por encima del hombro de Vermeer, luego, presenta en un lenguaje comprensible todas las facetas de las prácticas pictóricas del siglo XVII, incluidos temas como la formación artística, la preparación de lienzos, el dibujo inferior, el pintado inferior, el vidriado, la paleta, los pinceles, los pigmentos y la composición. También se investigan una serie de cuestiones que se relacionan específicamente con el arte de Vermeer, como la cámara oscura, la organización del estudio, así como la forma en que representaba mapas de paredes, baldosas, cuadros dentro de cuadros, alfombras turcas y otros de sus aspectos más importantes. motivos característicos.

Reforzado por sus calificaciones como conocedor de Vermeer y pintor en ejercicio, el formato PDF de tres volúmenes permite al autor abordar cada uno de los 24 temas del libro con la atención necesaria. Al observar de cerca las prácticas de estudio de Vermeer y sus contemporáneos preeminentes, el lector adquirirá una comprensión concreta de los métodos de pintura del siglo XVII y obtendrá una nueva visión de las 35 obras de arte de Vermeer, que revelan una perfecta unidad de artesanía y poesía.

Si bien no está escrito como un manual de & quothow-to & quot, los aspirantes a pintores realistas encontrarán un verdadero tesoro de información técnica que se puede adaptar a casi cualquier estilo de pintura figurativa.

Mirando por encima del hombro de Vermeer (versión beta)
autor: Jonathan Janson
fecha: 2020 (segunda edición)
paginas: 294
formato: PDF | 3 volúmenes
ilustraciones: Más de 200 ilustraciones y diagramas

3 volúmenes: $29.95

Los tres volúmenes se pueden comprar individualmente a continuación.

VOL I (11 MB) $11.99

1 / Formación, antecedentes técnicos y ambiciones de Vermeer
2 / Una descripción general de la evolución técnica y estilística de Vermeer
3 / Fama, originalidad y tema del amplificador
4 / Realidad o ilusión: ¿existieron alguna vez los interiores de Vermeer?
5 / Color
6 / Composición
7 / Mimesi e ilusionismo

VOL II (17 MB) $11.99

8 / Perspectiva
9 / Camera Obscura Vision
10 / Modelado de luz y amplificador
11 / Estudio
12 / Cuatro motivos esenciales en la obra de Vermeer
13 / Cortinas
14 / Pintando carne

VOL III (13 MB) $11.99

15 / Lienzo
16 / Puesta a tierra
17 / "Inventar" o dibujar subyacente
18 / "Coloración muerta" o pintura base
19 / "Elaboración" o acabado
20 / Acristalamiento
21 / Medios, aglutinantes y barnices amp
22 / Aplicación de pintura y consistencia del amplificador
23 / Pigmentos, pinturas y paletas amp
24 / Pinceles y pinceladas de amplificador

* tenga en cuenta:
Mirando por encima del hombro de Vermeer no se ha sometido a una edición de copia final, por lo que ocasionalmente se pueden encontrar errores menores en la gramática, las notas al pie y las leyendas de imágenes. Tan pronto como la edición de la copia final esté disponible, se notificará al comprador y, si lo solicita, la recibirá sin demora ni cargo.

La perezosa convergencia de las hileras de adoquines de La pequeña calleSe podría concebir una clasificación como evidencia de una perspectiva lineal, pero se podrían obtener resultados similares midiendo los ojos, o lo que los pintores llaman y citar a los ojos. Vista de Delft el uso de la geometría sería superfluo para renderizar los planos sucesivos de las fachadas planas, ya que presentan muchas transversales y líneas verticales pero, al proyectarse sobre una superficie plana, pocas trazas de ortogonales. La sensación de disminución general de los edificios de ladrillo de la ciudad a medida que se acercan al horizonte podría haberse logrado mediante el dibujo tradicional, mediante el cual el artista se basa en la comparación de las dimensiones de las formas de las fachadas adyacentes. Además, solo se notarían los errores de cálculo más graves en proporción dado que las dimensiones de las construcciones reales, análogas a los árboles en un bosque, pueden variar considerablemente. Un error puede percibirse simplemente como un edificio algo más grande, más pequeño, más alto o más bajo. La cámara oscura o el marco de dibujo podrían haber facilitado la tarea de dibujar.

En el Chica interrumpida en su música, presumiblemente representado antes La copa de vino y La chica de la copa de vino, la falta de un patrón de piso de baldosas hace que sea imposible calcular dónde se ubican los puntos de distancia, aunque las ortogonales producidas por la parte posterior de la silla de primer plano se cruzan correctamente en la línea del horizonte. Las ortogonales producidas por los motines principales de la hoja de la ventana convergen con precisión en el punto de fuga central.

En los dos primeros interiores en forma de caja, La copa de vino y La chica de la copa de vino, Vermeer presenta baldosas de cerámica coloridas colocadas en diagonal de una manera muy evidente, y una evidente punta del sombrero a una larga tradición que se remonta a la Renassiance. Están dibujados con la suficiente precisión para que los puntos de distancia se puedan localizar por primera vez con un grado de certeza aceptable. Las líneas del horizonte de ambas imágenes se establecen relativamente altas. Varios críticos señalan que los puntos de distancia están demasiado cerca del punto de fuga central, lo que provoca distorsiones de los mosaicos en las esquinas del primer plano. Vermeer aprendió a mitigar este efecto en los siguientes trabajos.

Suponiendo que las habitaciones representadas en La chica de la copa de vino y La copa de vino eran los mismos que se muestran en La lección de música, Steadman notó varias anomalías geométricas en ambos cuadros de la copa de vino, que están pintados en un estilo relativamente pictórico con respecto a La lección de música. Escribe que "en estas dos imágenes, el más cercano de los dos marcos de la ventana central está abierto". Esta ventana, con su escudo de armas de vidrieras, está muy cerca del punto de vista de la imagen en ambas imágenes y, como consecuencia, es probable que parezca muy grande en una imagen en perspectiva real. Sin embargo, Vermeer ha logrado incluir la totalidad del marco de La copa de vino. Es más, el marco se ha abierto en un ángulo más estrecho en el modelo y la mano, por lo que está algo más acortado lateralmente y con el fin de que su marco de la derecha pueda estar en la alineación correcta con respecto al pilar y la ventana más allá. En La chica de la copa de vino el marco abierto es de nuevo demasiado alto ". 9 Tales anomalías podrían indicar que las habitaciones son una y la misma, pero el artista alteró las perspectivas de las ventanas para que encajaran completamente dentro de la composición y crearan un resultado estético más deseable. Alternativamente, las tres pinturas no representan la misma habitación. El historiador del arte John Nash no es el único que critica otra anomalía de perspectiva de La chica de la copa de vino. Observó que `` la proporción de la mujer a su silla es un poco extraño, desde la perspectiva de las baldosas del piso, como si estuviera sentada a una pequeña distancia por delante de la mesa, y sin embargo, el galante que se inclina sobre ella para presionar ella, la copa de vino parece estar más allá del mantel blanco.

Cualquiera que sea su nivel de precisión de la perspectiva, ambas pinturas revelan un interés cada vez más profundo en la construcción de la perspectiva y demuestran el deseo del artista de crear la sensación de profundidad espacial de una manera más convincente, si no totalmente concertada, que en las imágenes anteriores.

higo. 12 La lección de música (reconstrucción con diferente distribución de baldosas)
Johannes Vermeer
C. 1662 y ndash1665
Óleo sobre lienzo, 73,3 x 64,5 cm.
La colección real, el castillo de Windsor

La perspectiva de La lección de música es una de las obras más decididas y artísticamente concebidas del artista, lo que indica un compromiso desenfrenado con este aspecto de su arte. Tanto las ortogonales como las líneas de distancia que se pueden extraer de las baldosas colocadas en diagonal convergen con precisión en sus respectivos puntos de fuga en la línea del horizonte, al igual que los de la ventana.

Quizás, porque no estaba satisfecho con las perspectivas de La copa de vino y La chica de la copa de vino, Vermeer bajó el punto de vista de La lección de música y representaba baldosas mucho más grandes. Steadman descubrió que exactamente cuatro baldosas de cerámica de las imágenes anteriores encajan en una de las baldosas de La lección de música (y en todas las pinturas posteriores con suelo de baldosas). Esto le lleva a especular que el artista pudo haber extraído una especie de retícula geométrica de una habitación con azulejos de cerámica real, a partir de la cual desarrolló diferentes patrones de azulejos según las exigencias estéticas de cada nueva composición.

En cualquier caso, los azulejos de La lección de música están dispuestos de modo que las baldosas blancas queden aisladas unas de otras, atenuando el efecto de las ortogonales que retroceden. De hecho, si se hubieran representado en un estilo simple de tablero de ajedrez (fig. 12), el efecto de la recesión espacial habría sido mucho más fuerte, quizás abrumando el equilibrio compositivo más amplio (ver imagen reconstruida arriba). Jacob Ochtervelt (1634 & ndash1682), que siguió con cuidado el progreso del maestro de Delft, parece haber entendido la lección de Vermeer y pintó mosaicos colocados en patrones diagonales ampliamente espaciados (fig. 13).

higo. 13 Una enfermera y un niño en el vestíbulo de una elegante casa adosada
Jacob Ochtervelt
1663
Óleo sobre lienzo, 81,5 x 66,8 cm.
Galería Nacional de Arte, Washington D.C.

Es probable que La lección de música fue el modelo para otra perspectiva ambiciosa, El concierto, cuyo equilibrio compositivo es quizás menos exitoso que el del trabajo en el que se basa. Confiado en que las baldosas más grandes de La lección de música crear un efecto más armonioso, Vermeer experimentó con ellos una vez más en El concierto pero los dispuso en un patrón de cruz de Malta negra. Aunque este patrón en particular crea un efecto algo desordenado con respecto al patrón de La lección de música, tanto las líneas ortogonales como las de distancia que se pueden recuperar de ellas son correctas desde el punto de vista de la perspectiva. No se puede decir lo mismo de la silla del músico masculino. Mientras que las líneas de fuga que retroceden hacia la izquierda convergen correctamente en la línea del horizonte, las que salen hacia la derecha son casi paralelas entre sí y parecen tener un ángulo hacia arriba tan levemente que, si es que alguna vez, se cruzan con la línea del horizonte en un punto imposible. distancia de la pintura. En consecuencia, el lado derecho de la silla no se aleja del observador de manera realista, dando la impresión de que el volumen en forma de caja de las patas de la silla se ha aplanado.

Tanto el cítrico de cuerpo plano posado sobre la mesa como la gran viola de bajo que acecha en el primer plano extremo de El concierto& mdash la misma viola baja aparece en La lección de música pero menos dramáticamente acortado y revelado el deseo del artista de subrayar sus virtuosas habilidades de perspectiva. El dibujo de instrumentos de cuerda en escorzo, en particular laúdes y violas (fig. 14), se consideraba una prueba formidable de habilidad artística y había cautivado a los pintores desde el Renacimiento. Fueron ilustrados con frecuencia en tratados en perspectiva, como los de Albrecht D & uumlrer & # 39. Underweyssung der Messung, de 1525. Lorenzo Sirigatti (1596 & ndash1625), escultor y pintor italiano, escribió en su tratado: `` Se considera una cosa muy difícil de poner en cuerpos regulares en escorzo y sobre todo en aquellos compuestos de líneas curvas como la viola (fig. 15 ) y el laúd ''. Estos objetos aparecían habitualmente en los bodegones europeos en una variedad de posiciones desafiantes. Un precedente cercano de la viola da gamba escorzada de Vermeer se puede encontrar en el pequeño lienzo de Carel Fabritius presumiblemente hecho para una caja en perspectiva. Una vista en Delft, de 1652. Fabritius fue alabado por sus contemporáneos por sus habilidades en perspectiva, y trabajó brevemente en Delft antes de su trágica muerte en la infame explosión de pólvora de Delft.

higo. 14>Naturaleza muerta con instrumentos musicales
Evaristo Baschenis
C. 1670
Óleo sobre lienzo, 75 x 108 cm.
Accademia Carrara, Bérgamo

En los interiores de una sola figura de la década de 1660, a veces denominados "cuadros de perlas", Vermeer utilizó la perspectiva lineal de manera mucho menos molesta que en los interiores anteriores. En la mayoría de estas obras, la ilusión de profundidad se crea mediante la simple superposición de formas.

Con tan pocos elementos geométricamente regulares visibles para el espectador, es casi imposible recuperar la armadura en perspectiva de Mujer de azul leyendo una carta con cualquier grado de fiabilidad. No obstante, hay algunas pistas tenues disponibles. Suponiendo que la mesa está colocada perpendicularmente a la línea de visión del espectador, se puede recuperar una sola ortogonal desde su borde derecho, el interior del joyero es visible y la punta superior del remate con cabeza de león de la derecha. La silla de mano está ligeramente por encima de la silla de fondo en el plano de la imagen. Dadas estas pistas y el ángulo casi vertical de la imagen, solo ortogonal, el punto de fuga central puede ubicarse especulativamente ligeramente debajo de una línea imaginaria que conecta las puntas de las tallas de cabeza de león de la silla de fondo, y a la izquierda del lazo azul. unido al frente de la chaqueta de la mañana de la figura.

Sólo se pueden extraer dos ortogonales del Mujer sosteniendo una jarra de agua, pero ninguno puede proyectarse con suficiente precisión como para producir un punto de fuga mínimamente válido. Por otro lado, las líneas que pueden ser proyectadas por la ventana dispuesta oblicuamente parecen converger razonablemente bien. Es interesante notar que en las pinturas de interiores holandesas que presentan ventanas vistas de manera similar, las líneas de perspectiva generalmente no convergen con ningún grado de precisión.

Una dama escribiendo también cede escasa evidencia de su perspectiva subyacente. La profundidad espacial evidentemente no fue la cuestión principal que ocupó el pensamiento del artista cuando concibió esta composición simple pero sumamente evocadora, aunque parecería que el concepto de punto de vista, quizás, sí lo fuera. Solo tres pistas nos proporcionan información. La superficie superior gris claro apenas visible del joyero, que se coloca perpendicularmente a la línea de visión del espectador, revela que la línea del horizonte se encuentra en algún lugar por encima de ella. Y dado que el lado derecho de la caja está oculto a la vista, el punto de fuga de la imagen debe ubicarse a su izquierda. Esto se confirma por el hecho de que cuando las líneas de fuga creadas por las puntas de los remates de cabeza de león y el borde superior del asiento de la silla se proyectan hacia la izquierda, parecen cruzarse con la ortogonal del lado de la mesa. borde, más o menos cerca del borde de la pintura. Si esto es cierto, la silla se colocaría perpendicularmente a la línea de visión del espectador, como parecería natural. Colocar un punto de fuga tan cerca, o incluso lejos, del borde del lienzo es único para Vermeer y probablemente representa una decisión bien meditada.

higo. dieciséis Mujer con collar de perlas (radiografía infrarroja)
Johannes Vermeer
C. 1662 y ndash1665
Óleo sobre lienzo, 55 x 45 cm.
Staatliche Museen Preu & szligischer Kulturbesitz, Gem & aumlldegalerie, Berlín

Curiosamente, la perspectiva del deslumbrante Mujer con collar de perlas está por debajo de la par. Las ortogonales producidas por la mesa, el espejo con marco de ébano y los marcos de las ventanas horizontales se extienden de manera algo errática, sin converger adecuadamente en un solo punto de fuga. Las dos líneas de fuga que se pueden recuperar conectando los postes de latón apropiados en el asiento de la silla de primer plano se cruzan debajo de la línea horizontal, pero este error puede deberse al hecho de que los postes en sí no se colocaron originalmente con precisión matemática. Este estado inusual de desorden geométrico, que de ninguna manera afecta la tranquilidad de la escena, puede estar relacionado con el hecho de que la pintura fue reelaborada en gran medida por Vermeer. La composición original presentaba un cítrico descansando sobre la silla en primer plano, un gran mapa mural colgado detrás de la figura y baldosas adicionales debajo de la mesa (fig. 16), todas las cuales fueron pintadas por el propio artista, presumiblemente, por motivos estéticos. Desafortunadamente, la radiografía infrarroja que reveló estos cambios no es lo suficientemente nítida como para permitirnos extraer las ortogonales o las líneas de distancia producidas por la baldosa ahora oculta. Al menos, estas anomalías demuestran nuestra tolerancia a los errores de perspectiva y, quizás, que el pintor no fue ciegamente doctrinario en su aplicación de la perspectiva.

Desde el punto de vista de la construcción en perspectiva, la excepción a las imágenes de perlas es la Mujer con un laúd. La superficie de esta imagen desafortunada está tan devastada por el tiempo, y quizás también por el hombre, que emitir un juicio sobre la precisión de su perspectiva parecería un acto de mala voluntad.No obstante, la imagen originalmente proporcionó muchas pistas en perspectiva, algunas de las cuales aún están disponibles. Las ortogonales producidas por los elementos de la ventana convergen adecuadamente hacia el punto de fuga central. Los de la silla de fondo son algo más ambiguos debido, en buena parte, a la dificultad para interpretar sus contornos difusos y segmentos cortos. Las dos líneas de distancia que se pueden recuperar de las baldosas del piso convergen significativamente por debajo de la línea del horizonte. Curiosamente, las baldosas en sí se cruzan con la base de la pared de fondo en un punto arbitrario, bastante atípico para Vermeer. Aún más incoherentes son las líneas de fuga causadas por los tirantes y remates de la silla de primer plano. Este lamentable estado de cosas debe atribuirse al estado particularmente ruinoso de la mitad inferior del cuadro, donde los postes y tirantes de la silla apenas se pueden distinguir del azul turbio del mantel, dando toda la apariencia de haber sido muy reelaborado. por una mano que no sea la de Vermeer. Esto es lamentable porque está claro que la pintura fue uno de los comentarios más agudos del artista sobre la transformación dramática que pueden sufrir las formas de los objetos cuando se colocan en una perspectiva geométrica rigurosa. En esta obra, el esquema compositivo ha sido cuidadosamente diseñado para subrayar cómo los remates de cabeza de león de la silla en primer plano, que en realidad caben cómodamente en la palma de una mano, son casi del tamaño de la cabeza del tímido músico joven cuando están correctamente proyectada sobre la superficie plana del lienzo. A pesar de la diferencia de humor de las dos obras, la armadura de perspectiva de Mujer con un laúd recuerda el de los más coloridos Oficial y niña riendo, menos, por supuesto, la figura que se avecina de este último.

Dada la complejidad de El arte de pintar, es notable que un examen técnico en profundidad del lienzo no haya revelado pentimenti o líneas de construcción, lo que sugiere que tanto la composición como la perspectiva de la pintura se trabajaron a fondo antes de que el artista pusiera su pincel en el lienzo. Junto con La lección de música esta obra maestra es la perspectiva más comprometida de Vermeer, aunque cabe esperar algunas anomalías menores.

Tanto las líneas ortogonales como las de distancia convergen en sus puntos de fuga apropiados de una manera excepcionalmente precisa en comparación con las de obras anteriores. Y por lo que se puede juzgar, las líneas de fuga del caballete convergen con bastante nitidez, muy cerca de la línea del horizonte. Esto es particularmente digno de mención porque el punto de intersección está bastante distante de la superficie de la pintura. Si los ángulos del caballete no se hubieran trazado con una cámara oscura o un marco de dibujo, calcular la distancia correcta desde el punto de fuga central hasta el punto de fuga del caballete & # 39s & quotaccidental & quot habría implicado algunas acrobacias intelectuales bastante serias. Por otro lado, las líneas de fuga producidas por el fondo y las sillas del primer plano no se resuelven con el mismo grado de precisión. No hay forma de que podamos saber si tal imprecisión se debe a las dificultades mecánicas de proyectar líneas tan excepcionalmente largas, un trazado imperfecto o un malentendido en cuanto a dónde ubicar los puntos de fuga de los objetos que están orientados oblicuamente pero no a 45 grados con respecto a la superficie. línea de visión del espectador. Las líneas de fuga del taburete del pintor delatan una cierta imprecisión, que, sin embargo, muy probablemente se puede atribuir a la dificultad de extraer líneas de perspectiva completas, que, aunque no estén perfectamente calculadas, prácticamente no tendrían impacto en la imagen. por lo demás asombroso nivel de perspectiva. En cualquier caso, un examen reciente de la imagen ha revelado una alteración en la superficie de la pintura cerca del punto de fuga del taburete que puede haber sido causada por la inserción de un alfiler en el lienzo. Presumiblemente, se habría atado una cuerda al pasador y se habría tensado para designar o, más probablemente, verificar las líneas de fuga del taburete.

En un intento de demostrar que Vermeer no utilizó la cámara oscura como medio para rastrear la composición de El arte de pintar, Gerhard Gutruf y Hellmuth Stachel 10 han señalado algunos errores menores en perspectiva. Por ejemplo, han demostrado que falta una esquina de un azulejo negro a la derecha de la media derecha del pintor (fig. 17) y sostienen que el escorzo de ambas sillas está distorsionado. Además, afirman que el asiento del taburete del pintor es más grande que los de las dos sillas, y sus bordes frontales son casi paralelos al travesaño y la línea de base que conecta sus dos patas, lo que lo hace más cercano a una vista axonométrica que a una perspectiva, aunque el los autores admiten que esto puede deberse al hecho de que el punto de fuga correspondiente se encuentra a unos "5,4 metros" de la línea del borde izquierdo del cuadro. Los autores también señalaron que los mosaicos negros en la fila inferior no continúan a continuación. Sin embargo, tales anomalías son tan pequeñas que se puede cuestionar si se pueden clasificar razonablemente como prueba de qué método puede o no haber adoptado el artista para crear sus perspectivas. Es inevitable que se produzcan errores de algún tipo con casi cualquier proceso, especialmente cuando se representan objetos colocados en ángulos ligeramente oblicuos con respecto a la línea de visión del espectador, algunos de cuyos puntos de distancia pueden estar tan lejos de la superficie de la imagen que se puede trazar con considerable dificultad. Es posible, por ejemplo, que la punta faltante del azulejo negro no sea más que una elección estética.

higo. 18 El arte de pintar
C. 1662-1668
Óleo sobre lienzo, 120 x 100 cm.
Kunsthistorisches Museum, Viena

Pero la desviación más seria de la perspectiva geométricamente precisa en esta obra maestra es & quothidden & quot en la silla tapizada que está cortada de manera poco elegante por el borde derecho de la imagen (fig. 18). La silla es idéntica, presumiblemente, a la silla colocada de lado en el primer plano del extremo izquierdo, y salvo variaciones menores, a la del primer plano de La carta de amor. Aparte del hecho de que los elementos estructurales de la silla acusada se cruzan repetidamente con las patas del caballete causando un desorden compositivo bastante inusual, no hay necesidad de un cuadrado en T para mostrar que sus patas y tirantes se inclinan seriamente en el sentido de las agujas del reloj. Dado que hay pocas razones para creer que la silla en sí estaba defectuosa y probablemente habría sido estructuralmente defectuosa, es probable que tales errores no se hubieran producido si se hubiera trabajado con una construcción geométrica, donde se habrían utilizado instrumentos de medición. Tampoco hay ninguna razón plausible para culpar a un marco de dibujo. Uno podría asociar sin pensarlo el defecto con una distorsión causada por la lente de una cámara oscura en la periferia de la proyección, pero esto no se puede avanzar razonablemente a menos que se diseñe algún tipo de experimento para probar tal hipótesis. Además, el borde derecho del mapa sobre la silla no muestra tal inclinación. Por lo que vale, una fotografía tomada de una reconstrucción a escala de la habitación vista a través de una cámara oscura no muestra ninguna inclinación, a pesar de que la silla está bastante desenfocada. 11

En la gran escala La señora y la criada, que puede haber seguido El arte de pintar, solo hay unos pocos signos débiles de perspectiva lineal. El ángulo oblicuo de la parte superior gris claro del joyero informa que la línea del horizonte está por encima de la superficie superior del cofre. Las ortogonales producidas por el borde derecho de la mesa, y las once líneas escritas que apenas se pueden distinguir en la letra, pueden ser, si uno no es demasiado adverso a la aproximación gruesa, utilizadas para trazar el punto de fuga central en algún lugar de el antebrazo izquierdo de la sirvienta o la prenda de color oliva encima.

En las piezas colgantes & quotscientific & quot, El astrónomo y El geógrafor, la interacción entre la perspectiva y la superficie plana del lienzo es particularmente interesante. En El astrónomo una línea de horizonte imaginaria transita de izquierda a 9). Luego pasa a lo largo del brazo de extensión del científico, estableciendo un vínculo formal entre la perspectiva y la composición que transmite una determinación decidida a su acción. Ninguna de estas pinturas está equipada con suelo de baldosas. Lo más probable es que esto se deba a que la escena representada en la pintura se ha dispuesto de tal manera que solo unas pocas baldosas incompletas habrían sido visibles, lo que dificulta la comprensión del patrón general del piso, sin proporcionar ninguna pista sobre la recesión espacial. En El geógrafo el pintor ha insertado un taburete colocado oblicuamente a la línea de visión del espectador, quizás, para enriquecer el espacio tridimensional.

higo. 19 El astrónomo (detalle)
Johannes Vermeer
1668
Óleo sobre lienzo, 50 x 45 cm.
Musée du Louvre, París

En el elegante La encajera y El guitarrista El pintor evidentemente encontró poco uso para la perspectiva lineal, optando, en cambio, por la sucesión de planos (es decir, superposición) para definir el espacio, aunque algo débilmente con respecto a obras del mismo período. En efecto, parecería que ambas imágenes estaban destinadas a ser leídas más como superficies planimétricas, con la textura, el patrón y la luz imperantes.

La perspectiva de La carta de amorse define rigurosamente por las ortogonales en retroceso creadas al conectar las puntas de las baldosas del piso y la barra colgante del mapa de primer plano. Sin embargo, Steadman sostiene que hay muchos detalles que, al examinarlos de cerca, se combinan para sugerir que las partes de primer plano de la composición en La carta de amor son ensamblados por Vermeer como elementos de encuadre para la vista más allá, y no como una representación completamente coherente de una apertura de puerta real. ”12 El punto de vista está particularmente distante de la escena de fondo. A pesar de la cuidadosa construcción de la perspectiva, la sensación de profundidad espacial se ve desafiada por la representación ambigua de la sala en primer plano, que no es fácilmente comprensible para el espectador promedio. Uno de los primeros escritores propuso que la habitación de fondo era un reflejo en un espejo alto colocado en la pared de una habitación pequeña con poca luz.

El espacio interior del Señora escribiendo una carta con su criadaes sin duda una de las obras más evocadoras del artista. Las ortogonales del marco de la ventana y la sucesión de baldosas blancas conducen la mirada discretamente hacia el punto de fuga central. Las líneas de distancia de los dos mosaicos más distantes están dibujadas aproximadamente, pero una desviación tan pequeña de la perfección geométrica pasa completamente desapercibida para cualquiera que no tenga una regla. Las formas superpuestas de la silla, la mesa, las dos figuras y el cuadro dentro de un cuadro terminan en la humilde pared encalada, confirmando la sensación de profundidad creada por la perspectiva al tiempo que unen los elementos iconográficos más importantes del cuadro. La silla de primer plano se coloca a 45 grados con respecto a la línea de visión del espectador, por lo que sus líneas de fuga se cruzan, correctamente, en el mismo punto que las de los mosaicos.

La perspectiva de Alegoría de la fe es, quizás, tan convencionalmente concebido como la propia imagen. Mientras que las líneas de fuga más a la derecha creadas por los tirantes de la silla en primer plano convergen correctamente en el mismo punto en la línea del horizonte que las de las baldosas del piso y mdash, ambos objetos están colocados en un ángulo de 45 grados con respecto a la línea de visión del espectador y mdash las líneas de distancia de la los mosaicos que convergen hacia la izquierda se cruzan en un punto decididamente por debajo de la línea del horizonte. Además, no alcanzan a los de la silla, que, en cambio, están correctamente dibujados porque caen en un punto equidistante del punto central de fuga. Tal anomalía, que parece ser más sistemática que accidental, es difícil de explicar.

Sin duda, Una dama de pie en un virginal presenta la perspectiva más esquemática de la obra de Vermeer, en cierto sentido recordando los espacios huecos, en forma de caja, comúnmente ilustrados en los manuales de perspectiva de la época. Quizás, en ningún otro trabajo Vermeer empleó la perspectiva lineal para controlar la atención del espectador de manera tan explícita. Junto con la recesión rigurosamente determinada de las baldosas del piso, las ortogonales y ndash tanto a la izquierda como a la derecha de la majestuosa figura y ndash atraen al espectador a un espacio vibrante pero matemáticamente medido donde se le insta a aceptar la figura solitaria del músico ambientado en él. el centro muerto de la imagen.

Por el contrario, el espacio de Una dama sentada en el virginal permanece comparativamente plano, a pesar de las fuertes ortogonales de lo virginal. La perspectiva, aunque en gran parte precisa desde un punto de vista técnico, no es tan funcional para la composición como lo es la de su colgante. Una dama de pie. Esto se debe en gran parte a que el punto de fuga se encuentra detrás del hombro de la figura, quizás demasiado a la derecha, creando un gran espacio abierto que divide la figura de su instrumento. En comparación, observe cómo la figura y la virginal de Una dama de pie se sienten como una entidad expresiva única y estrechamente unida

En cualquier caso, uno tiene la impresión de que las perspectivas maduras de Vermeer son en gran medida precisas, algunas de manera sorprendente o incluso innecesaria. Por ejemplo, al completar la perspectiva, las baldosas del piso ocultas por la silla de primer plano de Una dama de pie en un virginal (fig.20), se puede ver que la forma triangular delgada ubicada directamente debajo del asiento de la silla de primer plano (delineada en rojo en los diagramas a continuación) está correctamente pintada con una pintura gris claro para indicar la presencia de una silla blanca. teja. Si el azulejo en cuestión se hubiera representado con pintura negra, el efecto habría sido insignificante con respecto a la estética general de la pintura.

Steadman analiza otro ejemplo de la precisión de las perspectivas de Vermeer. En sus reconstrucciones geométricas encontró que los patrones de las baldosas están pintados con gran precisión en todos los casos. “Nunca sucede que partes incompatibles de un patrón se encuentren en partes discretas del piso. Es decir, el patrón siempre encaja correctamente detrás de las obstrucciones. Esto contrasta, por ejemplo, con la perspectiva de los patrones de suelo en Pieter de Hooch & # 39s. Una mujer bebiendo con dos hombres. En esta obra, De Hooch ha añadido una fila extra imposible de baldosas a la izquierda, con el fin de crear un espacio más aparente para la mujer y la mesa auxiliar. Si esta hilera de mosaicos se extiende para encontrarse con la pared trasera, se ve caer fuera de la habitación, aunque este hecho queda oculto por la colocación de la mesa más grande y el caballero sentado ''. 13 Además, Steadman observa que si el patrón de Los azulejos se completan detrás de las figuras de Hooch & # 39s Un soldado pagando a una anfitriona queda claro que el detalle de De Hooch no se ajusta a la imagen en perspectiva correcta de la cuadrícula.


Final de astronomía

Un ___ es un cuerpo grande que produce su propia luz a través de la fusión nuclear.

Un ___ es cuando ese material se quema cuando golpea la atmósfera de la Tierra. También se la conoce como estrella fugaz.

El método ___ implica seguir el rastro de un meteorito en el cielo y buscarlo en el suelo.

___ son los menos alterados desde su formación. Tienen mucho carbono en forma de compuestos orgánicos, material volátil y material oxidado. Se cree que provienen de asteroides que se acumularon lejos del sol.

El ___ es la extensión del ecuador de la Tierra sobre la esfera celeste.

Su movimiento en este camino hace que el Sol salga 4 minutos [antes / después] cada día.

Esto fue descubierto por primera vez por ___.

Si Venus gira alrededor del sol, el planeta [debería / no debería] pasar por fases como la luna.

las órbitas de todos los planetas son elipses con el sol en un foco

los planetas a diferentes distancias del sol barren áreas iguales en cantidades iguales de tiempo

igual porque estamos usando estas unidades

¿Por qué son iguales en lugar de proporcionales?

La masa se mide en unidades de ___ masa.

___ es lo grande que es esa cosa. Su unidad SI es ___.

Los planetas a diferentes distancias barren áreas iguales en la misma cantidad de tiempo.

La conservación de esta cantidad se usa en la segunda ley de Kepler que establece que ___.

Si la distancia desde el centro de giro es mayor, la velocidad [aumenta / disminuye].

En nuestro sistema solar, ___ es el punto en la órbita de un planeta donde está más cerca del sol y se mueve más rápido. El punto donde está más alejado del sol y se mueve más lento se llama ___.

___ es uno de los cuerpos más volcánicamente activos del sistema solar.

___ tiene una capa de hielo y un interior de agua. Tiene fallas pero no cráteres.

___ es el más grande y tiene un campo magnético.

Un segundo tipo de movimiento a gran escala es ___ como en una rueda.

Verdadero o falso. Para el segundo tipo de movimiento, todos los puntos de un objeto tendrían el mismo período de rotación.

alrededor de 4 mil millones de años

¿Qué edad tiene la tierra, el sistema solar y el sol?

energía total emitida por un flujo de energía de cuerpo negro

Los objetos más calientes alcanzan una intensidad máxima en longitudes de onda [más bajas / más altas] y emiten más luz en [todas / algunas] longitudes de onda que los objetos más fríos.

La ley de Stefan-boltzmann mide ___. Esta es su fórmula: F = (5.67 * 10 ^ -8) T ^ 4 donde F representa ___.

eclipse anular más lejos de

Un eclipse solar total se experimenta en ___, la parte más oscura de la sombra de la luna en la tierra. Sucede cada ___ en la Tierra.

Se experimenta un eclipse parcial en el ___, donde la sombra no es tan oscura. Sucede alrededor de ___.

Un ___ es una especie de eclipse solar en el que hay un anillo de luz alrededor de la luna. Esto sucede cuando la luna está [más cerca / más lejos de] la tierra.

Un ___ es una especie de eclipse solar en el que algunas partes de la tierra experimentan un eclipse total donde otras partes solo ven uno anular.

La luna intenta tirar de esta protuberancia hacia atrás [adelante / abajo] de la línea y ralentiza la rotación de la Tierra.

___ es cuando el sol está entre la tierra y el planeta exterior.

___ es cuando un planeta interior se encuentra entre el sol y la tierra.

potencia vatios julios de energía segundo

___ es la velocidad a la que se emite o utiliza energía y se mide en ___ o ___ por ___.

___ es potencia / área. ___ es poder / tiempo.

__ es lo brillante que parece ser una estrella.

___ es el brillo real de la estrella.

___ es el brillo de una estrella para el observador. Cuanto mayor sea el número, más tenue será.

__ La desintegración es cuando el núcleo emite un electrón o un positrón.

Las ondas y las partículas en p ondas, también conocidas como ___ ondas, se mueven de la misma manera. Pueden atravesar [sólidos / líquidos / ambos].

___ tiene un movimiento de respiración hacia afuera.

___ mover para hacer una forma de fútbol tanto horizontal como verticalmente.

___ es cuando un hemisferio se mueve en la dirección opuesta al otro hemisferio.

Las maria están hechas de ___.

___ es el movimiento de una estrella hacia o lejos de nosotros.

planetas jovianos gigantes gaseosos

Enumere los planetas en esta categoría.

___ / ___ son planetas más grandes que no tienen superficies sólidas. En su mayoría están hechos de gas, tienen pequeñas cantidades de roca en la profundidad de sus núcleos, tienen muchos volátiles y están más lejos del sol.

Sus atmósferas se componen principalmente de ___ y ​​___.

los átomos son en su mayoría espacios vacíos

Ernest Rutherford descubrió que ___ y ​​que los electrones orbitan alrededor del núcleo.

El deuterio es un isótopo de ___ con ___ neutrones.

El estado fundamental es n = ___.

Pasar de un nivel alto a uno más bajo requiere [absorber / perder] energía que es igual a la diferencia entre los niveles.

La serie ___ incluye transiciones electrónicas de radiación ___ entre n = 2 y niveles superiores.

metrogravedadla altura es la fórmula de ___.

p = mv es la fórmula para ___.

L = rmv es la fórmula de ___. (r = distancia)

La energía térmica es la energía cinética de ___.

La energía química es la energía almacenada en __.

Verdadero o falso. Estas mareas reforzadas ocurrirán tanto cuando el sol y la luna estén en el mismo lado o en lados opuestos porque se producirán protuberancias de marea de cualquier manera.

___ son átomos que pasan por este proceso.

Verdadero o falso. Este proceso solo necesita al menos suficiente energía para romper la unión. No tiene que ser una cantidad exacta.

___ es cuando un electrón sube un nivel. La energía necesaria para subirla es la diferencia entre los niveles de energía.

Verdadero o falso. A veces pasarán varios planetas.

hacia la espectroscopia de distancia

Verdadero o falso. Este punto puede estar dentro de uno de los cuerpos.

Cuando una estrella se tambalea alrededor de este punto, se desplaza hacia el azul cuando se mueve [hacia / lejos] de nosotros y
cambia al rojo cuando se mueve [hacia / lejos] de nosotros. Medimos estos cambios usando ___.

Este método de detección de planetas se llama ___.

Se inserta un ___ en el telescopio para bloquear la luz de la estrella, pero no el ___ (la atmósfera exterior de una estrella) para hacer un eclipse artificial.

Los planetas que no rotan tendrían ___ células de hadley para cada hemisferio.

Cuanto más rápido gira un planeta, [más / menos] células de hadley obtiene.

Esto ocurre en la Tierra cuando los vientos en el hemisferio norte se desvían hacia [derecha / izquierda] y los vientos del sur se desvían hacia [derecha / izquierda] debido al hecho de que el ecuador se mueve mucho más rápido que los polos.

Verdadero o falso. Si arrojas algo desde el ecuador a los polos, el objeto se mueve en línea recta pero parece que se curva.

Venus evaporar océanos hervir los rayos ultravioleta h co2

[planeta] experimentó el efecto invernadero desbocado. La atmósfera de Venus es más cálida, por lo que sus océanos se calientan y ___. Esto da como resultado más vapor de agua en la atmósfera y más gases de efecto invernadero. Este proceso se repite hasta ___. A partir de ahí, ___ disuelve el vapor de agua en la atmósfera. Esto permite que ___ más ligero escape de la atmósfera mientras ___ se queda atrás.

la tierra fue golpeada por un objeto grande, probablemente del tamaño de Marte expulsó una gran cantidad de material de su manto pero no su núcleo, la roca formó un anillo alrededor de la tierra y se condensó en la luna

El ___ se calienta con luz ultravioleta y contiene la capa de ozono.

El ___ quema meteoritos. Difícil de estudiar porque es demasiado alto para globos y demasiado bajo para satélites.

El ___ es donde las moléculas se convierten en radicales e iones. Se calienta por rayos X y UV.

Nuestra atmósfera es mayormente ___. También hay ___, ___ y ​​___.

falso (tiene un núcleo de metal pero un campo magnético muy débil)

Verdadero o falso. Venus no gira.

Verdadero o falso. Venus tiene tectónica de placas.

Verdadero o falso. Venus tiene actividad geológica, coronas y cráteres de impacto.

Verdadero o falso. Venus no tiene un núcleo de metal, pero aún tiene un campo magnético.

Sin embargo, solo la Tierra tiene un ___ cálido, que está por encima de la troposfera.

Marte es [más caliente / más frío] que la Tierra.

Se derrumbó sobre sí mismo debido a su propia gravedad, comenzó a girar y calentarse, y se condensó en un ___ plano.

Los planetas comenzaron a formarse a través de un proceso llamado ___, la lenta acumulación de materia.

El ___ ocurrió cuando los planetas terrestres fueron bombardeados con asteroides que crearon cráteres en sus superficies.

La ___ luna sale a las 12 pm y se pone a las 12 am.

La ___ luna sale al atardecer y se pone al amanecer.

La ___ luna sale a medianoche y se pone al mediodía.

Encerar significa que la luna se hace [más grande / más pequeña].

Un primer o tercer cuarto de luna debe estar arriba cuando el sol está [saliendo / poniéndose / ambos].

La luna llena debe estar en el meridiano cerca de [hora].

equinoccio equinoccio de primavera equinoccio de otoño ecuador

solsticio de verano trópico de cáncer

Esto afecta el tiempo que el sol permanece en el cielo y cómo la luz se esparce por la superficie.

___ es cuando el día y la noche tienen la misma duración. Un ___ marca el comienzo de la primavera y un ___ marca el comienzo del otoño. El sol estaría sobre el ___ durante estos días.

El ___ es cuando el sol brilla más directamente en el hemisferio norte y hay luz solar durante 24 horas en el polo norte. Mientras tanto, el polo sur está a oscuras durante 24 horas. El sol estaría sobre el ___ durante este día.


Órbitas

La inclinación es uno de los seis elementos orbitales que describen la forma y orientación de una órbita celeste. Es el ángulo entre el plano orbital y el plano de referencia, normalmente expresado en grados. Para un satélite que orbita un planeta, el plano de referencia suele ser el plano que contiene el ecuador del planeta. Para los planetas del Sistema Solar, el plano de referencia suele ser la eclíptica, el plano en el que la Tierra orbita alrededor del Sol. [1] [2] Este plano de referencia es más práctico para los observadores terrestres. Por lo tanto, la inclinación de la Tierra es, por definición, cero.

En cambio, la inclinación podría medirse con respecto a otro plano, como el ecuador del Sol o el plano invariable (el plano que representa el momento angular del Sistema Solar, aproximadamente el plano orbital de Júpiter).

La mayoría de las órbitas planetarias del Sistema Solar tienen inclinaciones relativamente pequeñas, tanto entre sí como con el ecuador solar:

Inclinación
Nombre Inclinación
a la eclíptica
Inclinación
al ecuador solar
Inclinación
al plano invariable [3]
Terrestres Mercurio 7.01° 3.38° 6.34°
Venus 3.39° 3.86° 2.19°
tierra 0 7.155° 1.57°
Marte 1.85° 5.65° 1.67°
Gigantes de gas Júpiter 1.31° 6.09° 0.32°
Saturno 2.49° 5.51° 0.93°
Urano 0.77° 6.48° 1.02°
Neptuno 1.77° 6.43° 0.72°

Por otro lado, los planetas enanos Plutón y Eris tienen inclinaciones a la eclíptica de 17 ° y 44 ° respectivamente, y el gran asteroide Pallas tiene una inclinación de 34 °.

Satélites naturales y artificiales

La inclinación de las órbitas de los satélites naturales o artificiales se mide en relación con el plano ecuatorial del cuerpo que orbitan, si orbitan lo suficientemente cerca. El plano ecuatorial es el plano perpendicular al eje de rotación del cuerpo central.

También se podría describir una inclinación de 30 ° utilizando un ángulo de 150 °. La convención es que la órbita normal es prograda, una órbita en la misma dirección en la que gira el planeta. Las inclinaciones superiores a 90 ° describen órbitas retrógradas. Por lo tanto:

  • Una inclinación de 0 ° significa que el cuerpo en órbita tiene una órbita prograda en el plano ecuatorial del planeta.
  • Una inclinación mayor de 0 ° y menor de 90 ° también describe órbitas progradas.
  • Una inclinación de 63,4 ° a menudo se denomina inclinación crítica, al describir satélites artificiales que orbitan la Tierra, porque tienen una deriva de apogeo cero. [4]
  • Una inclinación de exactamente 90 ° es una órbita polar, en la que la nave espacial pasa sobre los polos norte y sur del planeta.
  • Una inclinación mayor de 90 ° y menor de 180 ° es una órbita retrógrada.
  • Una inclinación de exactamente 180 ° es una órbita ecuatorial retrógrada.

Para las lunas generadas por impacto de planetas terrestres no muy lejos de su estrella, con una gran distancia planeta-luna, los planos orbitales de las lunas tienden a estar alineados con la órbita del planeta alrededor de la estrella debido a las mareas de la estrella, pero si el planeta –La distancia de la luna es pequeña, puede estar inclinada. Para los gigantes gaseosos, las órbitas de las lunas tienden a estar alineadas con el ecuador del planeta gigante, porque se formaron en discos circumplanetarios. [5]

Exoplanetas y sistemas estelares múltiples

La inclinación de exoplanetas o miembros de múltiples estrellas es el ángulo del plano de la órbita con respecto al plano perpendicular a la línea de visión desde la Tierra al objeto.

  • Una inclinación de 0 ° es una órbita frontal, lo que significa que el plano de su órbita es paralelo al cielo.
  • Una inclinación de 90 ° es una órbita de borde, lo que significa que el plano de su órbita es perpendicular al cielo.

Dado que la palabra 'inclinación' se usa en estudios de exoplanetas para esta inclinación de la línea de visión, entonces el ángulo entre la órbita del planeta y la rotación de la estrella debe usar una palabra diferente y se denomina ángulo de giro-órbita o alineación de giro-órbita. En la mayoría de los casos, se desconoce la orientación del eje de rotación de la estrella.

Debido a que el método de velocidad radial encuentra más fácilmente planetas con órbitas más cercanas al borde, la mayoría de los exoplanetas encontrados por este método tienen inclinaciones entre 45 ° y 135 °, aunque en la mayoría de los casos se desconoce la inclinación. En consecuencia, la mayoría de los exoplanetas encontrados por velocidad radial tienen masas verdaderas no más del 40% mayores que sus masas mínimas. Si la órbita es casi frontal, especialmente para los superjovianos detectados por la velocidad radial, entonces esos objetos pueden ser en realidad enanas marrones o incluso enanas rojas. Un ejemplo particular es HD 33636 B, que tiene una masa real de 142 MJ, correspondiente a una estrella M6V, mientras que su masa mínima fue de 9.28 MJ.

Si la órbita está casi de borde, entonces se puede ver al planeta en tránsito por su estrella.


Journal Club Semana 8 Respuestas

Se puede acceder al artículo en https://physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/PT.3.2309 Deberá registrarse (que es gratuito) para acceder al artículo, pero Physics Today amablemente ofrece acceso a toda su espalda. catálogo para todos de forma gratuita durante la pandemia de COVID-19.

También puede descargar las respuestas (que también se muestran a continuación) como PDF. A continuación se muestran algunos de los mejores resúmenes para estudiantes. Esta semana queríamos encontrar estudiantes que dieran respuestas asombrosas a las tres preguntas de resumen. De hecho, esto hizo que nuestro trabajo fuera aún más difícil, porque cada semana estamos realmente asombrados por la calidad de sus respuestas. Nos disculpamos sinceramente por no incluir a más de ustedes. Es difícil expresar con palabras lo que se destacó de los tres estudiantes a continuación, pero su comprensión y la forma en que lo pusieron en 'papel' tiene una claridad genuina. Felicitaciones a Angelika, Yen Li y Phinehas (todos los cuales han estado involucrados en Journal Club desde la semana 1).

PREGUNTAS RESUMEN - ANGELIKA

¿Por qué crees que las enanas rojas son un área de investigación tan interesante?

A primera vista, el cielo revela que nuestra galaxia se compone principalmente de estrellas similares al sol, de hasta 2 masas solares. Sin embargo, nuestra limitada sensibilidad a la luz y la extrema debilidad de las estrellas hacen que perdamos lo que en realidad es la clase más abundante: las enanas rojas. En primer lugar, el hecho de que las enanas rojas sean tan comunes en nuestra galaxia da motivos para estudiarlas, ya que brindan más posibilidades de encontrar un planeta que albergue vida. En segundo lugar, las enanas rojas facilitan la búsqueda de planetas similares a la Tierra y, en consecuencia, la posible vida extraterrestre. Si orbita alrededor de una enana roja, un planeta del tamaño de la Tierra es más fácil de detectar debido a la menor relación entre el radio de la estrella y el radio del planeta, por lo que la caída en la curva de luz debido a un exoplaneta en tránsito del tamaño de la Tierra causará una señal de atenuación mucho más fuerte. más fácil de identificar. La 'zona habitable', donde las temperaturas permiten que exista agua líquida, es un indicador de posible vida. Las enanas rojas tienen menor luminosidad (ya que la luminosidad se escala con la masa 4) y temperaturas que encogen los radios orbitales de los planetas en órbita, y la zona habitable se acerca a la estrella. Los planetas que residen en esta zona tienen más posibilidades de transitar por su estrella anfitriona, desde el punto de vista de la Tierra, y la frecuencia de los tránsitos es mayor. Las enanas rojas hacen que los tránsitos sean más probables, más fáciles de detectar y más frecuentes, lo que las convierte en un objetivo interesante en la búsqueda de vida. Además, las enanas rojas son muy diferentes de las estrellas similares al sol y, por lo tanto, pueden revelar más sobre la formación de sistemas estelares diferentes a nuestro Sistema Solar, proporcionándonos nuevos conocimientos.

Analice las diferentes formas en que los astrónomos utilizan las líneas espectrales.

Las líneas espectrales son las líneas oscuras que se muestran en los espectros de estrellas, que muestran la emisión y absorción de luz a ciertas frecuencias. Estos pueden usarse para detectar exoplanetas midiendo el movimiento preciso de varias estrellas anfitrionas. En lugar de observar el 'movimiento adecuado' en el contexto de estrellas 'estacionarias' más distantes, que pueden estar sujetas a errores sistemáticos y solo es aplicable a estrellas relativamente cercanas, el componente de velocidad radial oscilante a lo largo de la línea de visión de la Tierra puede proporcionar mediciones más precisas. del movimiento de una estrella. Un exoplaneta que orbita una estrella hará que se "bambolee" debido a su movimiento orbital y este "bamboleo" en la línea de visión del observador (en la Tierra) puede detectarse como pequeños cambios Doppler. Las líneas espectrales se desplazarán hacia el extremo rojo del espectro a medida que la estrella se aleja y oscile hacia el extremo azul a medida que vuelve a oscilar hacia la Tierra. Otra forma en que se pueden usar las líneas espectrales es deducir el tamaño de una enana roja. En 2010, un graduado de la Universidad de Cornell descubrió características en los espectros de infrarrojos de las enanas rojas que podrían usarse para obtener la temperatura y la metalicidad de una estrella (abundancia de elementos más pesados ​​que el helio), para determinar su radio. Esto, a su vez, permite determinar el radio de los exoplanetas en órbita cuando transitan por el disco de la estrella, lo que lleva a los científicos a poder decidir si ese exoplaneta es un anfitrión potencial de vida. Para las estrellas similares al Sol, las líneas espectrales también pueden revelar la temperatura, la gravedad de la superficie, la composición química y las propiedades físicas, por lo que las líneas espectrales son una herramienta clave para los astrónomos en su investigación.

Compara las técnicas de fotometría de microlente y tránsito para encontrar exoplanetas.

Existen algunos métodos para encontrar exoplanetas, dos de los cuales son la fotometría de microlente y de tránsito. La microlente es la explotación de predicciones ópticas: que la luz de una estrella distante se puede doblar gravitacionalmente bajo la influencia de una estrella 'lente' más cercana, ya que pasa a lo largo de la misma línea de visión a la estrella y al observador en la Tierra, a una distancia menor. que el radio del anillo de Einstein del sistema (anillo en el que se enfoca la luz distorsionada de la estrella distante). Si la estrella "lente" tiene un planeta orbitando, eso provocará una disminución y aumento del brillo aparente de la estrella de fondo. Mejor aún, si ese planeta se alinea correctamente con su planeta anfitrión cerca del radio del anillo de Einstein, se sumará al efecto de lente. Los cambios en el brillo de la estrella distante pueden revelar características del sistema planetario de la estrella "lente". Por el contrario, la fotometría de tránsito implica la observación de brillo variable de la estrella a medida que un planeta en órbita transita por su superficie. Este método es más apropiado para estrellas pequeñas, ya que la curva de luz de un planeta sigue 1 / R 2, por lo que una estrella con la mitad del radio del Sol provocará una señal de atenuación 4 veces más fuerte que si el mismo planeta transitara por una luz similar al Sol. estrella. La fotometría de tránsito también es un método adecuado para las enanas rojas, ya que sus luminosidades más bajas acercan la "zona habitable", lo que hace que los exoplanetas dignos de observar (los de esta zona) estén más cerca de la estrella, experimentando tránsitos más frecuentes.

PREGUNTAS DE RESUMEN - YEN LI

¿Por qué crees que las enanas rojas son un área de investigación tan interesante?

Los datos de la misión Kepler, sobre la distribución del tamaño de los planetas que orbitan alrededor de las enanas rojas, sugieren que los planetas en los sistemas de las enanas rojas suelen tener radios más pequeños (entre 0,5 y 1,5 veces el radio de la Tierra). La mayoría de los planetas en los sistemas de enanas rojas descubiertos son de tamaño comparable a la Tierra. Además, se calculó que “hay alrededor de 0,5 planetas del tamaño de la Tierra por zona habitable de enanas rojas”. Las enanas rojas son, por lo tanto, un área de investigación intrigante, ya que ofrecen una idea del descubrimiento de exoplanetas similares a la Tierra, con posibles signos de vida. Al ser el tipo de estrella más común en nuestra galaxia, existe una posibilidad potencialmente mayor de que un exoplaneta que albergue vida se encuentre orbitando una enana roja (a diferencia de una estrella similar al Sol, por ejemplo).

Analice las diferentes formas en que los astrónomos utilizan las líneas espectrales.

El desplazamiento Doppler ocurre cuando una fuente de onda se mueve en relación con el observador o el observador se mueve en relación con la fuente: las frecuencias detectadas se desplazarán hacia arriba o hacia abajo en el espectro, dependiendo de si el movimiento relativo del objeto se acerca o se aleja del observador. Al medir el desplazamiento Doppler de las líneas espectrales, los astrónomos pueden detectar un componente de velocidad radial de las estrellas si este componente está oscilando, esto podría sugerir que está siendo orbitado por un planeta. Además, los astrónomos usan líneas espectrales para discernir las propiedades de las estrellas; por ejemplo, las líneas de absorción del Sol se pueden usar para producir modelos que se usan para calcular propiedades como la temperatura, la composición química y la gravedad de la superficie. (Las líneas de absorción ocurren porque el gas de las capas externas de la estrella absorbe longitudes de onda de luz específicas). Se pueden usar métodos similares en las enanas rojas si se analizan sus espectros infrarrojos; se puede deducir su temperatura y metalicidad.

Compara las técnicas de fotometría de microlente y tránsito para encontrar exoplanetas.

La lente gravitacional es cuando la atracción gravitacional de un objeto masivo hace que la luz de fuentes distantes se doble o distorsione. La microlente es una forma de lente gravitacional, mediante la cual una estrella en primer plano actúa como una lente y desvía la luz de una fuente de fondo. Cuando hay un exoplaneta, si se produce una alineación afortunada, los astrónomos observan un destello perspicaz en la curva de brillo causada por la estrella de la lente en primer plano. El método de microlente es mejor para descubrir exoplanetas más pesados ​​y planetas lejos de la Tierra con órbitas alejadas de sus estrellas, pero no es tan bueno para encontrar múltiples exoplanetas o detectar el mismo nuevamente.

El método de fotometría de tránsito implica detectar la luz de las estrellas y buscar una atenuación, lo que puede indicar que un exoplaneta está transitando a través de la estrella (bloqueando parte de la luz de la estrella a medida que pasa a lo largo de su órbita). La atenuación observada es inversamente proporcional a la escala del radio de la estrella, por lo que este método funciona mejor para estrellas más pequeñas como las enanas rojas. Además, a diferencia del método de microlente, este método es mejor para exoplanetas en órbitas cercanas. Puede usarse para calcular los diámetros de exoplanetas y es un buen método para telescopios espaciales como Kepler, pero tiene sus limitaciones: no puede detectar exoplanetas que no cruzan estrellas ni estimar con precisión la masa de exoplanetas.

PREGUNTAS DE RESUMEN - PHINEHAS

¿Por qué crees que las enanas rojas son un área de investigación tan interesante?

Si nuestros ojos estuvieran adaptados a longitudes de onda más largas cerca de la parte infrarroja del espectro, el cielo que vemos estaría lleno de enanas rojas.Debido a esta y otras razones, estas estrellas (a pesar de ser las más abundantes en la galaxia) son ampliamente pasadas por alto, lo que la convierte en un área de investigación muy interesante. Las enanas rojas son mucho más tenues en comparación con estrellas como nuestro sol, lo que hace que sea más fácil encontrar planetas que puedan rodearlas, llamados exoplanetas y quizás planetas similares a la Tierra dentro de la zona habitable. Técnicas como la "microlente" y la "fotometría de tránsito" han facilitado mucho la búsqueda de exoplanetas y, como resultado, se ha demostrado que alrededor del 40% de las enanas rojas albergan planetas "súper terrestres" que potencialmente contienen agua líquida y océanos líquidos. Otras razones por las que las enanas rojas son intrigantes es su importancia. Se utilizan para calcular la edad de los cúmulos de estrellas, ya que tienen una vida tan larga y facilitan el estudio de la formación planetaria, así como la "naturaleza de los sistemas planetarios" que lo orbitan.

Analice las diferentes formas en que los astrónomos utilizan las líneas espectrales.

La razón por la que los astrónomos saben tanto sobre objetos y lugares tan lejanos de la Tierra se debe a la información que obtienen de la luz. Esto nos dice qué tan brillantes son, cómo se mueven, su composición y, en este caso, cosas que se relacionan con el desvelamiento de misterios sobre las enanas rojas. La luz es radiación electromagnética y las diferentes formas de luz componen el espectro electromagnético. Por lo tanto, la información que se muestra en forma de longitud de onda de estrellas como enanas rojas, se dice que son espectros. Los astrónomos pueden estudiar las formas de las líneas en tales espectros que pueden proporcionar información sobre densidades, movimientos y campos magnéticos para comprender la "arquitectura" de sistemas como "Gl 876". Los átomos o iones emiten ondas de luz que son específicas para él, conocidas como líneas de emisión en un espectro. Estos cambios en la longitud de onda de las líneas espectrales se pueden utilizar para medir los movimientos de las estrellas. Esto se hace midiendo los cambios en la longitud de onda de las líneas de emisión. El efecto Doppler ayuda aún más a medir tales movimientos porque la longitud de onda parece más corta cuando la fuente se acerca y más larga cuando la fuente se aleja. Por lo tanto, la intensidad y los cambios en los espectros se pueden utilizar para identificar muchas cosas sobre las estrellas. Sin embargo, todavía hay tipos de movimiento que no pueden detectarse mediante líneas espectrales, como el "movimiento adecuado" que se analiza en el artículo.

Compara las técnicas de fotometría de microlente y tránsito para encontrar exoplanetas

El método de tránsito ha sido el método más exitoso para descubrir exoplanetas hasta ahora. Se basa en la porción de luz que se bloquea cuando los exoplanetas pasan frente a su estrella anfitriona y se toman las medidas. Estas medidas permiten la creación de una curva de luz y los modelos de la curva de luz pueden extraer varios datos, como los movimientos orbitales y la composición atmosférica. El grado de atenuación de una estrella durante un tránsito está directamente relacionado con los tamaños relativos de la estrella y el planeta. Cuando un planeta pequeño transita por una estrella grande, solo hay un ligero oscurecimiento, mientras que un planeta grande tiene un efecto mayor. La principal ventaja de este método es que es muy sensible y permite mediciones de propiedades físicas que de otro modo no serían medibles. También se puede utilizar eficazmente con otro método para descubrir exoplanetas: la velocidad radial. El principal inconveniente del método es que es necesario que ocurra un tránsito que dura solo una pequeña fracción del período orbital total. Y no todos los planetas transitan por su estrella.

La microlente a diferencia del método de tránsito y el método de velocidad radial no se basa en la detección de variaciones en la luz de una estrella, sino en el efecto de la gravedad sobre la luz. Predecido por Albert Einstein en su teoría general de la relatividad, implica comprender que los objetos con una gran masa pueden desviar la luz a su alrededor. La luz que se dobla puede actuar como una lente y se puede ampliar. Por lo general, habrá una curva de luz suave como resultado, sin embargo, si aparece un bulto, hay un planeta orbitando la estrella que actúa como una lente. A diferencia del método de tránsito, la microlente es capaz de encontrar los planetas más distantes y pequeños e incluso los planetas que no orbitan ninguna estrella. También es similar a la fotometría de tránsito en el sentido de que apunta a numerosos miles de planetas simultáneamente. Sin embargo, la microlente depende de eventos aleatorios que a veces son extremadamente raros, es posible que algunos planetas detectados por microlente no se vuelvan a observar. Los planetas detectados a miles y miles de años luz de distancia se basan en aproximaciones y podría haber una gran incertidumbre sobre qué tan lejos están en realidad, incluso unos pocos miles de años.

INTRODUCCIÓN

METRO es el símbolo que se utiliza para una masa solar (la masa del Sol).

Un tipo de estrella que emite en la parte infrarroja del espectro. Generalmente son más pequeños que el Sol en términos de masa y radio (tienen masas entre 0,1 y 0,5 masas solares) y son significativamente menos luminosos (ya que la luminosidad escala como M 4). Pero son muy numerosas y el 70% de las estrellas de la Vía Láctea son enanas rojas.

(P1, C1) Rdifusión aiativa

El nombre que se le da al proceso de transferencia de energía desde el núcleo de una estrella a la superficie.

(P1, C1) Equilibrio hidrostático

Situación en la que se equilibran las fuerzas sobre la estrella. La atracción hacia adentro de la gravedad sobre la estrella (de sí misma) se equilibra con el gradiente de presión causado por las reacciones nucleares (que intenta expandir la estrella).

La potencia de salida (cantidad de transferencia de energía por segundo) de la superficie de una estrella.

(P1, C1) Escala de luminosidad con masa.

La luminosidad se escala como la cuarta potencia de la masa de una estrella.

Un cuerpo idealizado que puede absorber (y emitir) radiación en todas las longitudes de onda. Compare esto con un elemento que solo puede absorber radiación

Cualquier planeta que orbita alrededor de una estrella que no es la nuestra. Para ser un planeta, un objeto debe: orbitar una estrella, estar en equilibrio hidrostático, dominar su órbita.

INTRODUCCIÓN RESUMEN PREGUNTAS

¿Por qué las enanas rojas son significativamente más débiles que el Sol?

Porque mientras sus masas están entre el 10% y el 50% del Sol, la luminosidad escala como M 4. Como 0,1 4 = 0,0001 y 0,5 4 = 0,0625, la luminosidad de las enanas rojas oscila entre el 0,01% y el 6,25% de la del Sol.

¿Por qué los astrónomos han centrado su atención en estrellas similares al sol cuando buscan exoplanetas en lugar de enanas rojas?

¿Qué información puede extraer del gráfico que se muestra en la Figura 1 (tome nota de la inusual escala x)?

Las enanas rojas tienen masas inferiores a 0,6 M. Hay muchas más enanas rojas que estrellas parecidas al sol. A medida que miras masas más bajas, vemos más y más estrellas. La distribución no es perfecta, pero muestra estrellas en una región generalmente pequeña del universo.

DESCUBRIMIENTOS TEMPRANOS

La cuarta estrella más cercana al Sol, a una distancia de unos 6 años luz. Es una enana roja con una masa de 0,144 M.

Unidad de distancia. Equivale a la distancia que puede viajar la luz, en el vacío, en un período de un año terrestre. 1 año luz = 9.4607 × 10 12 km (casi 6 millones de millones de millas)

(P2, C1) Movimiento adecuado (SUGERENCIA: realmente piense en el diagrama en este enlace)

Las estrellas en el cielo no están estacionarias, a pesar de que las constelaciones parecen fijas. El movimiento adecuado es la velocidad angular con la que un objeto astronómico parece moverse a través del cielo desde nuestro punto de vista. Depende de qué tan lejos esté y de la componente de la velocidad del objeto que sea perpendicular a la línea que nos une al objeto.

(P2, C1) Los bamboleos de Van de Kamp

Los aparentes bamboleos en el movimiento de la estrella de Barnard hicieron que Van de Kamp pensara que estaba siendo arrastrado por sus planetas en órbita. Otras observaciones mostraron que los bamboleos eran erróneos, debido a errores sistemáticos en la medición de la posición.

Esta imagen puede ser útil para algunas de las ideas en P2, C2

Un plano que es tangente a la esfera celeste y perpendicular a su línea de visión.

El cambio aparente en la longitud de onda de cualquier onda cuando el emisor y el receptor están en movimiento entre sí. Si se están alejando, tenemos un desplazamiento hacia el rojo (la longitud de onda aumenta: la luz se desplaza hacia el extremo más rojo del espectro, el sonido se vuelve más bajo en el tono). Si se mueven hacia, tenemos un cambio de azul (la longitud de onda se acorta: la luz se desplaza hacia el extremo azul del espectro, el sonido se vuelve más agudo).

Líneas en el espectro electromagnético que corresponden a longitudes de onda de luz específicas. Cada átomo tiene una "huella digital" específica de líneas espectrales debido a los niveles de energía entre los que pueden moverse los electrones. Como los niveles de energía son discretos, solo ciertas longitudes de onda de luz pueden ser absorbidas (y emitidas) por cada átomo o molécula. Podemos usar espectros de emisión / absorción para identificar átomos.

(P2, C2) ¿Tiene la estrella de Barnard planetas orbitando?

Las observaciones de su movimiento sugieren (tanto las observaciones directas de su movimiento en el plano del cielo como de su movimiento radial en comparación con nosotros a través de mediciones Doppler) sugieren que no se tambalea debido a la atracción gravitacional de los planetas.

Una enana roja con una masa de 0,3 M eso está a unos 15 años luz de nosotros. Es la primera enana roja descubierta que tiene planetas orbitando a través de mediciones Doppler.

La distancia entre la Tierra y el Sol. Es una unidad útil para comparar las órbitas de los planetas alrededor de sus estrellas. 1au = 150 millones de km.

(P2, C2) Gl 876b y Gl 876c

Dos planetas que orbitan alrededor de la enana roja Gl 876, encontrado a partir del desplazamiento Doppler de líneas espectrales en Gl 876 mostrando su movimiento relativo estaba siendo alterado por efectos gravitacionales. Gl 876b es un gigante gaseoso con el doble de masa que Júpiter. Gl 876c es otro gigante gaseoso que tiene una masa de 0,7 masas de Júpiter. Sus períodos orbitales son ambos de menos de 100 días.

(P3, C1) Disco protoplanetario

Un disco denso y giratorio de polvo y gas alrededor de una estrella que eventualmente podría formar los planetas del sistema solar de la estrella.

Exoplanetas con masas mayores que la Tierra pero menores que las de Urano y Neptuno. El término no implica una composición rocosa y muchas de las llamadas súper Tierras son de hecho gaseosas y ndash los términos enano de gas y mini Neptuno también se utilizan.

Cuando nuestra propia técnica de medición está sesgada hacia la búsqueda de determinados objetos. Por ejemplo, nuestro ojo tiene un sesgo de observación hacia las estrellas que emiten luz visible.

PREGUNTAS RESUMEN DE LOS DESCUBRIMIENTOS TEMPRANOS

¿Por qué los astrónomos necesitan usar dos técnicas diferentes para medir la velocidad de un objeto astronómico a través del universo?

Dado que las distancias y velocidades son tan dispares con respecto a nuestras experiencias cotidianas, medir velocidades no es sencillo. En el "plano del cielo", podemos medir la velocidad de un objeto astronómico cuando lo vemos moverse entre otros objetos en el cielo. Podemos utilizar la técnica del paralaje para medir cómo cambian las distancias con el tiempo en el plano del cielo. Pero, si un objeto se aleja o se acerca a nosotros (o tiene un componente en esta dirección), no lo detectamos en el movimiento en el plano del cielo. Aquí, usamos mediciones Doppler para ver cómo se desplazan las líneas espectrales en la luz que proviene del objeto.

¿Cómo usan los astrónomos las líneas espectrales?

Comparan las líneas espectrales de un objeto astronómico con las líneas espectrales de los átomos de la Tierra. Como las estrellas contienen hidrógeno y helio, las líneas espectrales de una estrella deben tener el mismo aspecto que las muestras de laboratorio de hidrógeno y helio. Cualquier cambio se debe al movimiento relativo de la estrella y de nosotros.

¿Cómo se detectan los planetas alrededor de las enanas rojas?

Mediante mediciones Doppler precisas de la velocidad de la estrella para ver los bamboleos que se producen debido a la atracción gravitacional de los planetas sobre la estrella.

¿Por qué son raros los gigantes gaseosos para encontrar enanas rojas orbitando?

Porque las enanas rojas tienden a tener discos protoplanetarios de baja masa. Los gigantes gaseosos tienden a formarse alrededor de núcleos rocosos densos que acumulan gas con el tiempo. Si no existen tales núcleos rocosos, entonces los gigantes gaseosos no pueden formarse y este parece ser el caso, típicamente, de los sistemas planetarios que rodean a los gigantes rojos.

MICROLENSING

(P3, C1) Curva del espacio-tiempo

Los objetos masivos (cualquier objeto con masa) curvan el espacio y el tiempo a su alrededor. Para la mayoría de los objetos, esto no produce un efecto notable, pero para objetos más grandes como estrellas y galaxias, pueden mellar el espacio-tiempo de tal manera que incluso afectan la trayectoria de la luz. Analizamos esto un poco en la Semana 2 cuando consideramos LIGO. Este video ofrece una gran visualización de la curva del espacio-tiempo.

(P3, C2) Microlente (Este GIF podría ayudar. También es útil pensar en términos de brillo, creo).

Una forma de lente gravitacional en la que la luz de una fuente de fondo es desviada por el campo gravitacional de una lente de primer plano. Por lo tanto, recibimos más luz de la que habríamos recibido, ya sea al ver varias imágenes (que pueden estar significativamente distorsionadas) o, si la alineación es correcta, un anillo de Einstein.

El efecto de la lente gravitacional en condiciones de alineación perfecta donde el observador, la lente y la fuente están en una línea perfecta. Como la luz de la fuente es doblada en todas direcciones por la estrella de la lente, vemos un anillo formado como la imagen.

PREGUNTAS DE RESUMEN DE MICROLENSING

¿Qué sucede con el brillo de una estrella fuente cuando una estrella con lente se mueve a través de nuestra línea de visión?

Cuando la lente está en efecto, el brillo aumenta. El objeto de la lente actúa para desviar más luz a nuestra observación. Una vez que la estrella de la lente se aparta nuevamente, de modo que la luz ya no se ve afectada por la perturbación en el espacio-tiempo, el brillo disminuye nuevamente al nivel original.

¿Cómo podría un planeta, si se coloca en una posición fortuita, alterar esta lente de la estrella de la lente?

Parte de la "luz con lente" causada por una estrella con lente puede pasar por los planetas de la estrella con lente, esto crea eventos de lente adicionales y un aumento y disminución repentinos adicionales en el brillo. Consulte este enlace.

¿Por qué la técnica de microlente está sesgada hacia la búsqueda de planetas más pesados?

Dado que el grado de lente adicional de los exoplanetas dependerá del nivel de curvatura del espacio-tiempo y, por lo tanto, de la masa del exoplaneta. Cuanto más masivo sea el planeta, mayor será el efecto de lente adicional y más fácil de detectar.

EXOPLANETES EN TRÁNSITO

Nombre dado a los planetas del tamaño de la Tierra que orbitan alrededor de estrellas enanas rojas.

Al monitorear el brillo de una estrella, si un planeta cruza nuestra línea de visión con la estrella, bloqueará parte de la luz, lo que provocará una reducción del brillo (relacionado con el tamaño del planeta). Las caídas de brillo se producirán a intervalos regulares a medida que la órbita del planeta se mantenga estable.

(P4, C1) GJ 1214 y GJ 1214b

GJ 1214 es una estrella enana roja a 39 años luz de la Tierra. GJ 1214b es un planeta super-Tierra que orbita GJ 1214,

La región alrededor de una estrella donde puede existir agua en estado líquido. La región no está demasiado cerca de la estrella para hervir el agua, ni demasiado lejos de la estrella para que el agua se congele.

TRÁNSITO DE EXOPLANETS RESUMEN PREGUNTAS

¿Por qué es más fácil detectar un planeta del tamaño de la Tierra si orbita alrededor de una enana roja?

Una enana roja es una estrella de menor tamaño. La caída de la luz es proporcional a, por lo que si la estrella es la mitad de grande, la caída de la luz será cuatro veces mayor.

¿Por qué es más fácil detectar planetas en la zona habitable alrededor de enanas rojas que estrellas similares al sol?

Es más fácil detectar planetas que están cerca de estrellas usando el método de tránsito. La zona habitable de las estrellas enanas rojas está muy cerca de la estrella, mientras que la zona habitable alrededor de estrellas similares al sol está mucho más lejos. Esto permite que el método de tránsito detecte fácilmente los planetas que tienen más probabilidades de albergar agua líquida.

(Deberá leer parte de la siguiente sección para responder a esto). ¿Cuáles son las desventajas de usar telescopios terrestres para encontrar exoplanetas con el método de tránsito?

La atmósfera de la Tierra varía en su transparencia, por lo que nuestras mediciones de brillo se ven obstaculizadas, lo que significa que las técnicas terrestres solo ven caídas más grandes en el brillo de las estrellas. Además, cuando el Sol está en nuestra línea de visión de la estrella, las mediciones son obviamente inútiles.

CENSO DEL ENANO ROJO DE KEPLER

(P4, C2) Telescopio espacial Kepler

Un telescopio espacial utilizado para detectar planetas del tamaño de la Tierra mediante el método de tránsito.

Los dispositivos de carga acoplada son sensores de imagen de alta calidad

PREGUNTAS DE RESUMEN DEL CENSO DE LA ENANA ROJA DE KEPLER

¿Qué ventajas tiene Kepler sobre los métodos terrestres?

Recoge más fotones y, por tanto, es más preciso. Puede funcionar las 24 horas del día, sin obstáculos por las condiciones meteorológicas.

¿Por qué Kepler puede realizar mediciones más precisas de los tránsitos de los planetas alrededor de estrellas más brillantes?

Como hay más fotones de las estrellas más brillantes. Cuantos más fotones haya, con mayor precisión podrá determinar los cambios que se produzcan.

¿Qué dificultad presentan las enanas rojas a la hora de buscar planetas?

Como las enanas rojas son más pequeñas y tenues, es difícil determinar con precisión su radio. El radio de la estrella es necesario para determinar con precisión el radio de cualquier planeta en órbita.

ESPECTRO ESTELAR

Un átomo puede absorber fotones que tienen una energía igual a cualquiera de las diferencias de energía de los niveles de energía de los electrones. Esto le da a cada átomo o molécula su propia firma de absorción a medida que los electrones saltan entre niveles de energía muy diferentes. Si enviáramos un espectro completo de luz a través de un gas (por ejemplo, hidrógeno), solo los fotones correspondientes a los saltos de nivel de energía discretos serían absorbidos y el resto pasaría sin obstáculos. Si detectamos este espectro después, veremos líneas oscuras y ndash las líneas de absorción y ndash en las energías correspondientes a los eventos de absorción.

(P5, C2) Medidas de paralaje

Las mediciones del movimiento aparente de un objeto astronómico en relación con las "estrellas de fondo" cuando la Tierra está en lados opuestos de su órbita alrededor del Sol nos permiten estimar la distancia al objeto.

La abundancia de elementos más pesados ​​que el hidrógeno o el helio en un objeto. Estos elementos no son necesariamente metálicos en absoluto, pero metal es la abreviatura del astrónomo para "elementos más pesados ​​que H o He".

PREGUNTAS DE RESUMEN DE ESPECTRO ESTELAR

¿Por qué las propiedades de las enanas rojas no se comprenden tan bien como las estrellas similares al sol?

Hemos estudiado el Sol extensamente, por lo que podemos hacer comparaciones fáciles entre el Sol y estrellas similares. Las líneas de absorción de las enanas rojas no se comprenden bien y sin una comparación con el Sol en la que confiar.

¿Cómo deducen los astrónomos la masa de una enana roja?

Existe una correlación entre la luminosidad de las enanas rojas en la parte infrarroja del espectro y su masa.

Como la luminosidad es la potencia total de salida de la estrella, pero solo podemos medir la potencia recibida en la Tierra, necesitamos saber qué tan lejos está la enana roja para calcular su luminosidad. Puede imaginar esto de manera similar con una bombilla y un fotómetro. La bombilla tiene una salida de potencia fija (su 'luminosidad') pero, cuanto más lejos estamos de la bombilla, más tenue nos parece y esto se debe a que la potencia se extiende sobre una esfera cada vez más grande a medida que avanzamos. fuera.

UNA MINIATURA

Una pequeña estrella enana roja que tiene tres planetas pequeños orbitando, todos con órbitas pequeñas y períodos orbitales cortos.

UN RESUMEN DE PREGUNTAS EN MINIATURA

La distribución de tamaño de los planetas alrededor de sistemas de enanas rojas, cuyos períodos orbitales son inferiores a 150 días. En promedio, los sistemas de enanas rojas tienen 2 planetas. Es más probable que los planetas sean más pequeños (entre 0,5 y 1,5 veces el radio de la Tierra). Y hay cada vez menos planetas a medida que buscamos planetas más grandes. De más de 100 sistemas de enanas rojas similares, solo uno contenía un planeta tan grande como Júpiter.

¿Qué sugieren los estudios de los sistemas de enanas rojas sobre los planetas similares a la Tierra?

Los datos sugieren que, en promedio, debería haber un planeta del tamaño de la Tierra en la zona habitable por cada dos sistemas de enanas rojas.

DE CAZADORES A RECOLECTORES RESUMEN PREGUNTAS

¿Por qué la próxima generación de instrumentación de búsqueda de planetas probablemente se adaptará a la porción infrarroja del espectro electromagnético?

Como los sistemas de enanas rojas parecen albergar una gran proporción de planetas del tamaño de la Tierra en sus zonas habitables (0,5 de tales planetas por enana roja en promedio). Como las enanas rojas son más luminosas en el infrarrojo cercano, es probable que la nueva instrumentación se centre en esto.

¿Cómo buscarán los astrónomos vida en los planetas que creen que tienen potencial?

Observarán los espectros de absorción de la enana roja para ver las características atmosféricas superpuestas de la atmósfera del planeta a medida que transita por la estrella. Estas características se compararán con muestras de elementos y compuestos de la Tierra para comprender qué elementos / compuestos están presentes en la atmósfera del planeta.

INFORMACIÓN GENERAL

Recuerde, leer un periódico no es como leer una ficción o un artículo de periódico. No se frustre si no tiene sentido de inmediato; es posible que deba investigar un poco por su cuenta para comprender algunas de las ideas. Este artículo le da una idea de cómo los científicos leen de manera diferente.

Cada pregunta se refiere a una parte específica del artículo, p. Ej. En la página 2, la columna 3 se escribe (P2, C3).

La semana que viene, publicaremos soluciones a las preguntas y los mejores resúmenes enviados por estudiantes de todo el país.

LA PRÓXIMA SEMANA

Vamos a ver cómo un científico astuto usó la física para salir de una infracción de tráfico en los EE. UU. Este es más un artículo teórico e involucra algunos pequeños aspectos de las técnicas matemáticas de integración y diferenciación. Tendremos una actividad separada si estás en Y11 y no te sientes cómodo con estos nuevos conceptos, pero con suerte deberías poder entenderlos de todos modos (especialmente dado el trabajo que he visto de los estudiantes de Y11 hasta ahora).


Ver el vídeo: Los discos protoplanetarios Susana Lizano (Diciembre 2022).