Andromeda se vede cu ochiul liber, dar o planetă asemănătoare Pământului ar fi imposibil de fotografiat de la 2,5 milioane de ani-lumină

Galaxia Andromeda poate fi observată de pe Pământ fără ajutorul unui telescop, dacă cerul este suficient de întunecat. Lumina care ajunge acum la noi a pornit în urmă cu aproximativ 2,5 milioane de ani și provine dintr-o aglomerare uriașă de stele, al căror strălucire combinată face galaxia vizibilă ca o pată difuză pe cer.

Paradoxul apare atunci când este imaginat un sistem asemănător celui nostru în Andromeda. Un Pământ aflat la aproximativ aceeași distanță față de steaua sa ca planeta noastră față de Soare ar fi de aproximativ 10 miliarde de ori mai puțin luminos decât steaua în lumina vizibilă. În același timp, cele două obiecte ar apărea pe cer separate de numai aproximativ 1,3 microsecunde de arc, o distanță unghiulară pe care niciun telescop existent nu o poate rezolva, scrie Space Daily.

De ce poate fi văzută Andromeda, dar nu și stelele sale individuale

Andromeda, cunoscută și sub numele M31, este o galaxie atât de mare încât lumina provenită de la sute de miliarde de stele se combină într-o singură imagine pentru un observator aflat pe Pământ. Estimările actuale indică un număr care poate depăși un trilion de stele, iar NASA arată că imaginea panoramică realizată de Hubble a permis identificarea a aproximativ 200 de milioane de stele mai fierbinți decât Soarele. Chiar și această cifră reprezintă doar o parte din populația galaxiei.

Ochiul uman nu poate separa stelele din Andromeda. În schimb, percepe lumina lor cumulată, mai ales în zona centrală, unde concentrația de stele este foarte mare. Fotografiile obținute prin expuneri lungi arată mult mai multe structuri deoarece senzorii pot strânge fotoni timp de minute sau ore, iar procesarea imaginilor poate scoate în evidență zone extrem de slabe.

Tocmai această diferență este esențială. Faptul că o galaxie întreagă poate fi observată nu înseamnă că orice obiect din interiorul ei poate fi fotografiat. În cazul unei exoplanete, telescopul trebuie să distingă lumina unui singur corp extrem de slab de lumina stelei lângă care se află.

Distanța dintre un Pământ și Soarele său ar deveni microscopică

Pentru a înțelege cât de dificilă ar fi o asemenea observație, poate fi folosită geometria simplă a sistemului. O unitate astronomică, adică distanța medie dintre Pământ și Soare, este văzută de la un parsec sub un unghi de o secundă de arc. Andromeda se află la aproximativ 766.500 de parseci, după conversia celor 2,5 milioane de ani-lumină.

Dacă o planetă s-ar afla la o unitate astronomică de steaua sa, separarea aparentă ar fi de aproximativ 0,0000013 secunde de arc, echivalentul a 1,3 microsecunde de arc. O microsecundă de arc reprezintă a milioana parte dintr-o secundă de arc, iar o secundă de arc este doar 1/3.600 dintr-un grad.

Vezi și:

Supernova văzută pe cer în anul 1181 ascunde „șiraguri de perle” uriașe. Ce a descoperit telescopul Gemini North

Dovezile pentru hipernove, puse sub semnul întrebării. Cele mai violente explozii stelare ar putea fi mai greu de demonstrat decât credeam

Valoarea de 1,3 microsecunde de arc reprezintă cazul favorabil în care orbita circulară este proiectată astfel încât separarea să fie maximă. În alte poziții, planeta poate apărea și mai aproape de stea, iar în momentul în care se află pe direcția stelei, separarea aparentă poate coborî aproape de zero.

Nici luminozitatea planetei nu ajută. Un analog al Pământului reflectă în lumină vizibilă de aproximativ 10 miliarde de ori mai puțină lumină decât un analog al Soarelui. Diferența înseamnă aproximativ 25 de magnitudini astronomice.

Estimările orientative arată că o stea asemănătoare Soarelui aflată în Andromeda ar putea apărea în jurul magnitudinii 29, în timp ce planeta sa ar ajunge la aproximativ magnitudinea 54, dacă ar fi observată într-o fază favorabilă și fără alte efecte care să-i reducă luminozitatea. Aceste cifre sunt ipotetice, deoarece faza planetei, norii, suprafața acesteia, praful și lungimea de undă folosită la observație pot modifica rezultatul.

James Webb este încă mult prea mic pentru o asemenea misiune

Observarea directă a unei astfel de planete ar necesita două performanțe extrem de dificile în același timp: telescopul ar trebui să colecteze suficientă lumină de la planetă și să elimine aproape complet lumina stelei aflate lângă ea.

Coronografele folosesc măști optice pentru a bloca lumina unei stele, iar oglinzile deformabile pot corecta imperfecțiunile frontului de undă care împrăștie lumina în zona în care este căutată planeta. O altă soluție propusă pentru viitoarele misiuni este starshade-ul, care ar putea bloca lumina stelei înainte ca aceasta să ajungă la telescop.

Problema este că aceste tehnologii au limite foarte stricte. Nu este suficient să fie redusă lumina stelei. Planeta trebuie să se afle și suficient de departe, din punct de vedere unghiular, pentru ca instrumentele să o poată separa de sursa principală de lumină.

Telescopul spațial James Webb oferă o comparație relevantă. În funcție de instrument, mască și lungimea de undă, cele mai mici unghiuri de lucru pentru observațiile coronografice pornesc de la aproximativ 0,089 secunde de arc. În cazul unor configurații NIRCam, valorile sunt în jur de 0,14 până la 0,89 secunde de arc.

Chiar și valoarea de 0,089 secunde de arc înseamnă 89.000 de microsecunde de arc. Prin comparație, un Pământ aflat în jurul unui Soare din Andromeda ar avea o separare de numai 1,3 microsecunde de arc. Diferența este de aproape 70.000 de ori.

Un calcul bazat pe limita de difracție oferă o imagine și mai spectaculoasă. Pentru lumină verde, la aproximativ 500 de nanometri, ar fi nevoie în principiu de o oglindă cu diametrul de aproximativ 96 de kilometri pentru a separa două surse aflate la 1,3 microsecunde de arc. Aceasta este doar limita ideală de rezoluție, nu dimensiunea realistă a unui telescop capabil să fotografieze planeta. În practică, problema contrastului și cantitatea infimă de lumină primită ar face misiunea mult mai dificilă.

Un interferometru spațial ar putea obține o rezoluție comparabilă folosind mai multe instrumente aflate la distanțe foarte mari unul de altul, în locul unei singure oglinzi de dimensiuni imposibile. Ar rămâne însă necesitatea de a combina lumina cu o precizie extremă, de a elimina lumina stelei și de a colecta suficienți fotoni.

Mai apare și problema fundalului. Andromeda nu este un spațiu gol în jurul sistemului ipotetic. Alte stele, praful interstelar și lumina difuză a galaxiei s-ar afla în aceeași zonă. La distanța Andromedei, o singură secundă de arc corespunde unei distanțe de aproximativ 12 ani-lumină, ceea ce înseamnă că o zonă aparent minusculă poate conține numeroase surse care complică observația.

Ce se întâmplă dacă un elev lipsește chiar înainte sau după vacanță. Când poate școala să ceară justificarea absențelor