¿Qué tipo de tecnología se necesita para que la humanidad observe la superficie de un exoplaneta?

Descontando dispositivos “mágicos” (es decir, algo que opera más allá de los límites de nuestra comprensión actual del universo), necesita un telescopio. Un telescopio realmente grande.

Ver objetos lejanos es un doble problema. Primero, a las distancias de las que estamos hablando, los objetos se ven pequeños. Muy, muy pequeño. Entonces tenemos que magnificarlos. Ser capaz de ampliar una imagen es, en términos relativos, bastante fácil. Esto lleva al segundo problema, y ​​es el hecho de que, a distancias tan grandes, la cantidad de luz que nos llega es pequeña, a veces solo unos pocos fotones golpean nuestros ojos por segundo. Cuando intentamos ampliar estas imágenes, obtenemos algo que es demasiado tenue para ser útil. Simplemente no hay suficiente información reunida, por así decirlo.

Los telescopios resuelven este problema reuniendo la luz de un área grande y condensándola. Entonces, para ver algo así como un exoplaneta lejano, necesitamos un telescopio que sea grande .

¿Qué tan grande?

Bueno, usemos el telescopio Hubble como modelo, cuyo telescopio principal tiene un diámetro de 2,4 m. El cálculo para determinar la resolución angular de un telescopio (más sobre eso en un segundo) es R = λ / D donde λ es la longitud de onda de la luz que se observa, y D es el diámetro. La luz amarilla a 580 nm está bastante cerca del medio del espectro óptico, así que usemos eso. Por lo tanto, nuestra fórmula es 5.8E-7 / 2.4 = 2.42E-7 radianes, que es más o menos igual a 0.05 segundos de arco.

Un segundo de arco no mide el tamaño, mide una cierta “pieza” del cielo, y el “tamaño” de un segundo de arco depende de qué tan lejos esté el objeto. La fórmula básicamente es n / 1296000 * 2πd, donde n es el ángulo en segundos de arco y r es la distancia desde la Tierra. Entonces, para un objeto la distancia de la Luna, la resolución máxima del Hubble es 0.05 / 1296000 * 2π * 3.8E8 = aproximadamente 93 metros, más o menos dependiendo de qué tan lejos esté la luna en este momento.

Así que ahora todo lo que tenemos que hacer es calcular el tamaño del telescopio que necesitaríamos para resolver los detalles en un exoplaneta. El exoplaneta conocido más cercano está en órbita alrededor de Gliese 674 a una distancia de 15 años luz, o 1.4E17 metros. Ahora supongamos que queremos resolver las características de este exoplaneta de 100 km de ancho, lo suficiente como para darnos una idea muy aproximada de cómo se ve. Esto significa que necesitamos una resolución angular de 10000 / (2π (1.4E17)) * 1296000 = 1.47E-8 segundos de arco o 7.13E-14 radianes, entonces un diámetro de 5.8E-7 / 7.13E-14 = 8.1 millones de metros, más que el doble del diámetro de la luna. Ups

Sin embargo, toda esperanza no puede perderse. Existe un truco llamado “interferometría” por el cual las imágenes de múltiples telescopios se pueden combinar para producir una imagen comparable a la de un telescopio mucho más grande. Un estudio aquí sugiere que una matriz de 150 telescopios de unos modestos 3 metros cada uno, desplegados en un área de espacio que cubre 150 kilómetros, podría lograr el resultado deseado de resolver algunos detalles de exoplanetas cercanos. Tal cosa aún sería una hazaña enorme de ingeniería y prohibitivamente costosa, pero al menos está dentro del ámbito de la tecnología moderna lograr.

Un telescopio para ver la superficie de un exoplaneta tendría que ser tan grande que sea imposible de construir, la única tecnología que nos permitiera ver una superficie de exoplaneta tenía que ser un barco capaz de una fracción significativa de la velocidad de la luz, actualmente imposible de construir. construir.

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