Znalezienie masy innych planet jest trudne i zwykle odbywa się poprzez pomiar orbit ich księżyców lub przelatującego obok nich statku kosmicznego. „Po raz pierwszy ktoś ważył całe układy planetarne - planety z ich księżycami i pierścieniami”, powiedział lider zespołu dr David Champion z Max-Planck-Institut fuer Radioastronomie w Bonn, Niemcy. „Przeprowadziliśmy niezależną kontrolę poprzednich wyników, co jest doskonałe dla nauki planetarnej”.
Champion mówi, że pomiar mas planet w ten nowy sposób mógłby zasilić dane potrzebne do przyszłych misji kosmicznych. Ponieważ masa wytwarza grawitację, a przyciąganie grawitacyjne planety determinuje orbitę wszystkiego, co ją otacza - zarówno rozmiar orbity, jak i czas potrzebny do jej ukończenia - pomoże to dokładniej nawigować w przyszłych misjach.
Nowa metoda opiera się na korektach dokonywanych przez astronomów na sygnałach z pulsarów, małych wirujących gwiazd, które dostarczają regularne „uderzenia” fal radiowych.
Ziemia porusza się wokół Słońca, a ruch ten wpływa dokładnie na nadejście sygnałów pulsara. Aby usunąć ten efekt, astronomowie obliczają, kiedy impulsy dotarłyby do środka masy Układu Słonecznego lub do środka barycentrycznego, wokół którego krążą wszystkie planety. Ponieważ układ planet wokół Słońca zmienia się cały czas, barycentrum również się porusza. Aby obliczyć swoją pozycję, astronomowie wykorzystują zarówno tabelę (zwaną efemerydą), w której znajdują się wszystkie planety w danym czasie, jak i wartości ich mas, które zostały już zmierzone. Jeśli te liczby są nieco błędne, a pozycja środka ciężkości jest nieco zła, wówczas w danych pulsara pojawia się regularny, powtarzający się wzór błędów synchronizacji.
„Na przykład, jeśli masa Jowisza i jego księżyców jest nieprawidłowa, widzimy wzorzec błędów synchronizacji, który powtarza się w ciągu 12 lat, czas Jowisza zajmuje orbitę wokół Słońca”, powiedział dr Dick Manchester z CSIRO Astronomy and Space Science. Ale jeśli masa Jowisza i jego księżyców zostanie skorygowana, błędy synchronizacji znikną. Jest to proces sprzężenia zwrotnego, którego astronomowie używali do określania mas planet.
Dane z zestawu czterech pulsarów wykorzystano do ważenia Merkurego, Wenus, Marsa, Jowisza i Saturna wraz z ich księżycami i pierścieniami. Większość tych danych została zarejestrowana za pomocą radioteleskopu Parkes CSIRO we wschodniej Australii, a niektóre z nich pochodzą z teleskopu Arecibo w Puerto Rico i teleskopu Effelsberg w Niemczech. Masy były zgodne z masami mierzonymi przez statek kosmiczny. Masa układu Jowisza, 0,0009547921 (2) razy większa od masy Słońca, jest znacznie dokładniejsza niż masa określona z statku kosmicznego Pioneer i Voyager, i jest zgodna, ale mniej dokładna, z wartością ze statku kosmicznego Galileo.
Nowa technika pomiaru jest wrażliwa na różnicę masy wynoszącą dwieście tysięcy milionów milionów ton - zaledwie 0,003% masy Ziemi i jedną dziesięciomilionową masy Jowisza.
„W krótkim okresie statek kosmiczny będzie nadal wykonywać najdokładniejsze pomiary dla poszczególnych planet, ale technika pulsarowa będzie najlepsza dla planet, które nie są odwiedzane przez statek kosmiczny, oraz do pomiaru połączonych mas planet i ich księżyców”, powiedział CSIRO Dr George Hobbs, inny członek zespołu badawczego.
Powtórzenie pomiarów jeszcze bardziej poprawiłoby wartości. Gdyby astronomowie zaobserwowali zestaw 20 pulsarów w ciągu siedmiu lat, ważyliby Jowisza dokładniej niż statek kosmiczny. Robiąc to samo dla
Saturn zajmie 13 lat.
„Astronomowie potrzebują dokładnego pomiaru czasu, ponieważ używają pulsarów do polowania na fale grawitacyjne przewidywane przez ogólną teorię względności Einsteina”, powiedział profesor Michael Kramer, szef grupy badawczej „Fundamental Physics in Radio Astronomy” w Max-Planck-Institut fuer Radioastronomie. „Znalezienie tych fal zależy od zauważenia drobnych zmian w synchronizacji sygnałów pulsarów, dlatego należy uwzględnić wszystkie inne źródła błędu synchronizacji, w tym ślady planet Układu Słonecznego.”
W ten projekt zaangażowani są astronomowie z Australii, Niemiec, Wielkiej Brytanii, Kanady i USA.
Artykuł: Pomiar masy planet Układu Słonecznego z wykorzystaniem czasu Pulsar
Źródło: Max Planck
