Знайти масу інших планет складно, і зазвичай це відбувається шляхом вимірювання орбіт їхніх лун або космічних кораблів, що пролітають повз них. "Це перший раз, коли хто зважив цілі планетарні системи - планети зі своїми місяцями та кільцями", - сказав керівник команди д-р Девід Чемпіон з радіоастрономії Max-Planck-Institut у Бонні, Німеччина. "І ми забезпечили незалежну перевірку попередніх результатів, що чудово підходить для планетарних наук".
Чемпіон каже, що вимірювання маси планет таким чином може подати дані, необхідні для майбутніх космічних місій. Оскільки маса створює гравітацію, а гравітаційне тягнення планети визначає орбіту всього, що навколо неї - як розміру орбіти, так і часу, який потрібно пройти, - це допоможе більш точною навігацією для майбутніх місій.
Новий метод заснований на виправленнях, які астрономи вносять на сигнали від пульсарів, маленьких спінінг-зірок, які доставляють регулярні «проскоки» радіохвиль.
Земля подорожує навколо Сонця, і цей рух впливає саме тоді, коли сюди надходять пульсарні сигнали. Щоб зняти цей ефект, астрономи обчислюють, коли імпульси прибули б у центр маси Сонячної системи або барицентр, навколо якого навколо планети орбіти всіх планет. Оскільки розташування планет навколо Сонця постійно змінюється, барицентр теж рухається навколо. Для опрацювання свого положення астрономи використовують як таблицю (називається ефемеридом) того, де всі планети перебувають у даний момент часу, так і значення для їх маси, які вже були виміряні. Якщо ці цифри трохи неправильні, а положення барицентра злегка неправильне, то в даних пульсара з'являється регулярна, повторювана схема помилок синхронізації.
"Наприклад, якщо маса Юпітера та його супутників неправильна, ми бачимо схему помилок у часі, яка повторюється протягом 12 років, час, який Юпітер приймає на орбіту Сонця", - сказав доктор Дік Манчестер із CSIRO Astronomy and Space Science. Але якщо маса Юпітера та його місяці виправляється, помилки в часі зникають. Це процес зворотного зв'язку, який астрономи використовували для визначення маси планет.
Дані з набору з чотирьох пульсарів були використані для зважування Меркурія, Венери, Марса, Юпітера та Сатурна зі своїми місяцями та кільцями. Більшість цих даних було зафіксовано за допомогою радіотелескопа CSIRO Parkes на сході Австралії, а деякі - телескопом Arecibo в Пуерто-Рико та телескопом Effelsberg у Німеччині. Маси відповідали вимірюваним космічним кораблям. Маса системи Джовіана, .0009547921 (2) рази більша від маси Сонця, значно точніша, ніж маса, визначена на космічному кораблі "Піонер" і "Вояджер", і відповідає, але менш точною, ніж величина космічного корабля "Галілео".
Нова методика вимірювання чутлива до різниці мас у двісті тисяч мільйонів тонн - всього 0,003% маси Землі та однієї десятимільйонної маси Юпітера.
"За короткий термін космічні кораблі продовжуватимуть робити найбільш точні вимірювання для окремих планет, але пульсарська техніка буде найкращою для планет, які не відвідують космічні кораблі, і для вимірювання комбінованої маси планет та їхніх лун", - сказали в CSIRO Доктор Джордж Гоббс, ще один член дослідницької групи.
Повторне вимірювання ще більше покращило б значення. Якщо астрономи спостерігали набір з 20 пульсарів протягом семи років, вони зважували б Юпітер точніше, ніж космічні кораблі. Так само і для
Сатурну знадобиться 13 років.
"Астрономам потрібен такий точний термін, тому що вони використовують пульсари для полювання на гравітаційні хвилі, передбачені загальною теорією відносності Ейнштейна", - сказав професор Майкл Крамер, керівник дослідницької групи "Фундаментальна фізика в радіоастрономії" Інституту Макса-Планка fuer Radioastronomie. "Пошук цих хвиль залежить від виявлення хвилинних змін часу синхронізації пульсарних сигналів, і тому необхідно враховувати всі інші джерела помилок синхронізації, включаючи сліди планет Сонячної системи".
До цього проекту беруть участь астрономи з Австралії, Німеччини, Великобританії, Канади та США.
Папір: Вимірювання маси планет Сонячної системи за допомогою пульсарного часу
Джерело: Макс Планк
