Új módszert dolgoztak ki bolygók tömegének mérésére

Klasszikus módon a bolygók tömegét a körülöttük keringő természetes és mesterséges égitestek (holdak és űrszondák) pályaadatai alapján lehet meghatározni. A Max-Planck-Institut für Radioastronomie munkatársa, David Champion által vezetett kutatócsoport pulzárok rádiójeleit használta erre a célra.

A nagyon pontosan ismétlődő rádiójelek beérkezési idejét befolyásolja a Föld Nap körüli mozgása, pontosabban az egész Naprendszer tömegközéppontjának (baricentrum, ami körül minden bolygó és a Nap is mozog) az égitestek pillanatról pillanatra változó relatív pozíciói miatti elmozdulása. A munkához a kutatók a baricentrum helyzetét a bolygók előrejelzett pozícióiból, és korábban meghatározott tömegértékeikből vezették le.

Dick Manchester (CASS, CSIRO Astronomy and Space Science) szerint ha a baricentrum így származtatott helyzete pontatlan, az a pulzárok rádiójeleinek késleltetésében egy reguláris mintázatot eredményez. Például ha a baricentrum pozíciójának bizonytalanságát a Jupiter és holdjai tömegének pontatlansága okozza, akkor a mintázat a Jupiter Nap körüli keringési idejével megegyező, 12 éves skálán ismétlődne. Az új eljárás elve az, hogy a kérdéses bolygótömeget úgy kell módosítani, hogy ez a mintázat eltűnjön.

Az új módszer segítségével Champion és kollégái négy pulzár jeleinek adatait felhasználva a Merkúr, a Vénusz, a Mars, a Jupiter és a Szaturnusz, illetve holdjaik és gyűrűrendszereik tömegét határozták meg. Az észlelések nagy részét a kelet-ausztráliai Parkes rádióteleszkóppal végezték, de gyűjtöttek adatokat az arecibói (Puerto Rico) és az effelsbergi (Németország) antennákkal is.

A mért értékek konzisztensek az űrszondák pályaadatai alapján kapott eredményekkel. Például a Jupiter rendszerének tömegére a Napénak 0,0009547921-szeresét kapták, ami jóval pontosabb, mint a Pioneer és a Voyager szondák mozgásából származtatott érték, és konzisztens a Galileo-szonda pályaadataiból levezetett értékkel, bár annál pontatlanabb. Az új eljárás a Föld tömegének 0,003 százalékával - ami a Jupiter tömegének 10 milliomod része - megegyező tömegkülönbség kimutatására is alkalmas.

A legpontosabb tömegértékek továbbra is az űrszondák mozgásának elemzéséből vezethetők majd le, az új módszer azonban jól használható az olyan égitestek esetében, melyek mellett nem repülnek el űreszközök, illetve bolygó-hold rendszerek együttes tömegének meghatározására. Az eljárás pontossága a mérések ismétlésével növelhető. Ha például 20 pulzárt észlelnének 7 éven keresztül, akkor a Jupiter mért tömege már pontossabb lenne, mint az űrszondák pályadatai alapján. A Szaturnusz esetében ehhez 13 éves megfigyelési periódus kellene.

Az új módon származtatott tömegértékek felhasználhatóak lesznek majd a jövő űrmisszióinak tervezésében, de Michael Kramer (Max-Planck-Institut für Radioastronomie) szerint az új eljárás a gravitációs hullámok kutatása szempontjából is nagyon fontos. Azok sikeres detektálása a pulzárjelek késleltetésében fellépő változásokon is alapulhat, így elsőrendű fontosságú az ezzel kapcsolatos minden lehetséges - például a Naprendszer bolygóinak mozgásából származó - hibaforrás lehető legpontosabb ismerete.