Nový spôsob merania hmotnosti planét

  • Marcel Škreka | 3 September 2010
    Slnečná sústava
Namiesto odvodenia hmotnosti planéty meraním dráh jej mesiacov alebo sond krúžiacich okolo nej, prišli astronómovia s novou metódou využívajúcou rádiové signály pulzarov.

Hmotnosť planéty vytvára gravitačné pole tvarujúce dráhy telies, ktoré sa v ňom pohybujú. Z rozmerov dráhy a doby obehu telesa okolo planéty odvodzujeme jej hmotnosť. Nová metóda sa opiera o rádiové signály vysielané pulzarmi.

Pulzary sú skolabované, rýchlo rotujúce jadrá vyhasnutých hviezd. Hmotnosti majú niekoľkokrát väčšie ako Slnko, no ich priemer sa pohybuje od 10 do 18 km. Okolo vlastnej osi sa otáčajú mnohokrát za sekundu, pričom vysielajú signály (podobne ako maják) opakujúce sa s extrémne vysokou presnosťou.

Čas príchodu signálu z pulzaru na Zem závisí od zmeny jej polohy pri pohybe okolo Slnka. Astronómovia preto tento čas preratúvajú na ťažisko slnečnej sústavy. Pretože aj poloha ťažiska sa mení v závislosti od polôh ostatných planét, astronómovia porovnávajú pozície planét na oblohe s ich hmotnosťami. Ak sa časové hodnoty odlišujú a poloha ťažiska je mierne vychýlená, potom sa v týchto hodnotách objaví periodicky sa opakujúca chyba.

V prípade, ak je nami známa hmotnosť Jupitera a jeho mesiacov nesprávna, vidíme opakujúcu sa chybu v perióde 12 rokov, čo je doba obehu Jupitera okolo Slnka. Ak hmotnosť Jupitera a jeho mesiacov upravíme, časová chyba zmizne.

Nová technika umožňuje merať hmotnosť planéty s presnosťou 0,003% hmotnosti Zeme (2.1017 ton). Zatiaľ astronómovia použili údaje z štyroch pulzarov pozorovaných rádiovými ďalekohľadmi v Austrálii, Nemecku a Portoriku na meranie hmotnosti Merkúru, Venuše, Marsu, Jupitera a Saturna spolu s mesiacmi a prstencami.

Hmotnosť Jupiterovho systému bola touto metódou zmeraná na 0,0009547921 hmotnosti Slnka, čo je presnejšia hodnota akú získali sondy Pioneer a Voyager, no menej presná ako z merania modernejšej sondy Galileo.

Zaujímavé na tejto metóde je aj to, že umožňuje merať hmotnosť planéty spolu s jej rodinou mesiacov a prstencov. Okrem toho slúži ako nezávislá kontrola doterajších meraní klasickou metódou.

Hoci merania budúcimi sondami budú stále presnejšie, nová “pulzarová“ metóda umožňuje opakované merania hmotností aj tých planét, ktoré sondy ešte nenavštívili. Ak by astronómovia skombinovali údaje z 20 pulzarov počas 7 rokov, získali by presnejšiu hodnotu hmotnosti Jupitera ako sonda Galileo; pre Saturn by potrebovali až 13 rokov pozorovaní.

Astronómovia potrebujú poznať presné časy signálov z pulzarov, pretože práve pulzary chcú použiť na detekciu gravitačných vĺn predpovedaných Einsteinovou všeobecnou teóriou relativity. Nájdenie týchto vĺn závisí od pozorovaní nepatrných zmien v signáli pulzarov, a preto potrebujú odrátať všetky iné zdroje, ktoré v meraniach vyvolávajú chyby.