Найти массу других планет довольно сложно, и обычно это делается путем измерения орбит их спутников или пролетающих мимо них космических аппаратов. «Это первый случай, когда кто-то взвешивает целые планетные системы - планеты с их лунами и кольцами», - сказал руководитель группы доктор Дэвид Чемпион из Радиоастрономического института Макса Планка в Бонне, Германия. «И мы предоставили независимую проверку предыдущих результатов, что отлично подходит для науки о планетах».
Защитник говорит, что измерение массы планет таким новым способом может дать данные, необходимые для будущих космических миссий. Поскольку масса создает гравитацию, а гравитационное притяжение планеты определяет орбиту всего, что вокруг нее движется - как размер орбиты, так и время, необходимое для ее завершения - это поможет более точной навигации для будущих миссий.
Новый метод основан на исправлениях, которые астрономы вносят в сигналы от пульсаров, маленьких вращающихся звезд, которые излучают регулярные "вспышки" радиоволн.
Земля движется вокруг Солнца, и это движение влияет именно тогда, когда сюда приходят сигналы пульсара. Чтобы устранить этот эффект, астрономы рассчитывают, когда импульсы достигли бы центра масс Солнечной системы или барицентра, вокруг которого вращаются все планеты. Поскольку расположение планет вокруг Солнца все время меняется, барицентр тоже перемещается. Чтобы определить свою позицию, астрономы используют как таблицу (называемую эфемеридами), где все планеты находятся в данный момент времени, так и значения их масс, которые уже были измерены. Если эти цифры немного неправильны, а положение барицентра немного неправильное, то в данных пульсара появляется регулярная повторяющаяся последовательность ошибок синхронизации.
«Например, если масса Юпитера и его спутников неправильна, мы видим схему ошибок времени, которая повторяется в течение 12 лет, то есть времени, которое Юпитер берет на орбиту Солнца», - сказал доктор Дик Манчестер из CSIRO Astronomy and Space Science. Но если масса Юпитера и его спутников исправлена, ошибки синхронизации исчезнут. Это процесс обратной связи, который астрономы использовали для определения массы планет.
Данные из четырех пульсаров использовались для взвешивания Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна с их лунами и кольцами. Большая часть этих данных была записана с помощью радиотелескопа CSIRO Parkes в восточной Австралии, а некоторые были получены с помощью телескопа Arecibo в Пуэрто-Рико и телескопа Effelsberg в Германии. Массы соответствовали тем, которые были измерены космическим кораблем. Масса системы Юпитера, превышающая массу Солнца в .0009547921 (2) раза, значительно более точна, чем масса, определенная с помощью космических аппаратов Pioneer и Voyager, и согласуется, но с меньшей точностью, чем величина с космического корабля Galileo.
Новая методика измерений чувствительна к разнице масс в двести тысяч миллионов тонн - всего 0,003% массы Земли и одной десятой миллионной массы Юпитера.
«В краткосрочной перспективе космические аппараты будут продолжать делать самые точные измерения для отдельных планет, но метод пульсаров будет наилучшим для планет, не посещаемых космическими аппаратами, и для измерения объединенных масс планет и их лун», - сказал CSIRO. Доктор Джордж Хоббс, еще один член исследовательской группы.
Повторение измерений улучшит значения еще больше. Если астрономы наблюдали набор из 20 пульсаров в течение семи лет, они бы взвешивали Юпитер точнее, чем космический корабль. Делать то же самое для
Сатурну потребуется 13 лет.
«Астрономам нужен такой точный выбор времени, потому что они используют пульсары для поиска гравитационных волн, предсказанных общей теорией относительности Эйнштейна», - сказал профессор Майкл Крамер, руководитель исследовательской группы «Фундаментальная физика в радиоастрономии» в Институте Макса Планка. радио радиоастрономия. «Обнаружение этих волн зависит от того, как можно определить мелкие изменения во времени сигналов пульсара, и поэтому необходимо учитывать все другие источники ошибок синхронизации, включая следы планет Солнечной системы».
В этом проекте участвуют астрономы из Австралии, Германии, Великобритании, Канады и США.
Документ: Измерение массы планет Солнечной системы с использованием Pulsar Timing
Источник: Макс Планк
