Powstała nowa metoda pomiaru mas planet Układu Słonecznego, oparta nie na obserwacjach orbit księżyców, a detekcji sygnałów radiowych z pulsarów.

Dotychczas masy planet ustalano dzięki prawom Keplera. Na podstawie elementów orbit satelitów – naturalnych czy sztucznych – wylicza się masę obiektu centralnego. Nowa metoda jest zupełnie inna, opiera się bowiem na ogólnej teorii względności i fakcie, że obecność masy wpływa również na propagację sygnałów świetlnych czy radiowych. Ma to duże znaczenie podczas obserwacji pulsarów, które emitują wiązki promieniowania radiowego z niespotykaną nigdzie indziej regularnością, i to astronomowie zajmujący się właśnie tymi obiektami zaproponowali nową metodę.

Aby przewidzieć dokładny moment dotarcia do obserwatorium kolejnego sygnału z pulsara, liczy się najpierw tę wartość dla Słońca, a potem wprowadza poprawkę na aktualne położenie Ziemi. Kształt studni potencjału grawitacyjnego Układu Słonecznego zmienia się jednak w czasie wraz z położeniami innych planet, więc aby uniknąć błędów, należy brać je również pod uwagę. Gdyby na przykład wziąć do obliczeń zafałszowaną masę Jowisza, otrzymanoby wynik niezgodny z obserwacją, a różnica zmieniałaby się w cyklu dwunastoletnim – bo tyle trwa obieg tej planety wokół Słońca.

Idea jest więc już jasna: należy wziąć rzeczywiste dane dotyczące zmian (ale podkreślmy – wynikających tylko z ruchów ciał w Układzie Słonecznym) obserwowanego rytmu sygnałów pulsara, i dopasować w wyprowadzonym z teorii wzorze współczynniki masowe tak, by wynik zgodził się z doświadczeniem. Co ważne, ciekawe i nietypowe, otrzymane w ten sposób wartości nie dotyczą samych planet, ale całych ich układów, łącznie z pierścieniami i księżycami, nawet tymi nieznanymi.

Na podstawie obserwacji czterech pulsarów za pomocą radioteleskopów SCIRO Parkes, Effelsberg i Arecibo określono masy Merkurego, Wenus, Marsa, Jowisza i Saturna, z dokładnością do tysięcznych części procenta masy Ziemi (czyli ok. 2×1017 ton). Dla największej z planet, otrzymany wynik jest dokładniejszy niż otrzymany przez sondy Pioneer i Voyager, i mniej dokładny, ale zgodny z otrzymanym przez sondę Galileo.

Jak widać, sondy pozostają źródłem najdokładniejszych danych. Technika pulsarowa dałaby lepsze wyniki, gdyby mieć dane z obserwacji 20 pulsarów przez 7 lat dla Jowisza, czy 13 lat dla Saturna. Istotna jest jednak możliwość weryfikacji dotychczasowych wyników za pomocą szacunków całkowicie niezależych, bo otrzymanych zupełnie inną metodą. Ponadto można będzie przyjrzeć się ciałom i planetom, do których nie latały sondy.

Duża dokładność w detekcji sygnałów pulsarów potrzebna jest naukowcom, którzy poszukują fal grawitacyjnych. Mogą one zostać wykryte właśnie jako małe odchylenia od regularności pulsarów, dlatego też ważne jest, by wziąć pod uwagę i wyeliminować te zakłócenia, których pochodzenie znamy.

Autor

Paweł Laskoś-Grabowski