Niczym obwód pasa typowego kanapowca w średnim wieku, orbity planet naszego układu słonecznego powiększają się z czasem. Dzieje się tak z uwagi na stopniowe słabnięcie pola grawitacyjnego Słońca, które starzejąc się stopniowo traci swoją masę. Teraz, zespół badaczy z NASA oraz MIT pośrednio zmierzył tempo utraty masy oraz inne parametry Słońca bazując na pomiarach zmian orbity Merkurego.
Nowe wartości pozwoliły uszczegółowić wcześniejsze przewidywania poprzez zmniejszenie ilości niepewności. To szczególnie istotne w przypadku tempa utraty masy Słońca, ponieważ ma ono związek ze stabilnością stałej grawitacyjnej G. Choć G postrzega się jako stałą wartość, pytanie o to czy faktycznie jest ona stała wciąż jest jednym z fundamentalnych pytań fizyki.
Merkury jest idealnym obiektem testowym dla takich eksperymentów, z uwagi na fakt, że jest on wyjątkowo czuły na wpływ grawitacyjny i aktywność Słońca – mówi Antonio Genova, główny autor artykułu opublikowanego w periodyku Nature Communications oraz badacz na MIT i w NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt.
[AdSense-A]
Badania rozpoczęły się od poprawienia pomiarów efemerydy Merkurego – mapy położeń planety na niebie w czasie. W tym celu zespół bazowań na danych radiowych monitorujących położenie sondy MESSENGER w trakcie trwania jej misji. Sonda ta trzykrotnie przeleciała w pobliżu Merkurego w 2008 i 2009 roku, a następnie pracowała na orbicie wokół Merkurego od marca 2011 do kwietnia 2015 roku. Naukowcy prowadzili badania niejako od końca, analizując delikatne zmiany ruchu Merkurego i wnioskując na ich podstawie o zmianach zachodzących na Słońcu oraz o tym jak parametry fizyczne Słońca wpływają na orbitę planety.
Od stuleci naukowcy badają ruch Merkurego, skupiając się szczególnie na peryhelium jego orbity. Przeprowadzone dawno temu obserwacje dowiodły, że peryhelium z czasem się przesuwa – tzw. precesja. Choć przyciąganie grawitacyjne ze strony innych planet odpowiada w większości za precesję Merkurego, to jednak nie odpowiada za całą precesję.
Drugim z kolei czynnikiem jest zakrzywianie czasoprzestrzeni wokół Słońca z uwagi na grawitację samego Słońca, o czym mówi ogólna teoria względności Einsteina. Sukces ogólnej teorii względności w wyjaśnieniu większości pozostałej precesji Merkurego przekonał naukowców co do poprawności teorii Einsteina.
Dodatkowy, aczkolwiek dużo mniejszy, wpływ na precesję Merkurego ma wewnętrzna budowa i dynamika Słońca. Jednym z takich parametrów jest spłaszczenie Słońca, tudzież miara wybrzuszenia na równiku – słonecznej wersji „oponki” w talii – w relacji do idealnej sfery. Badacze uzyskali poprawione szacunki dotyczące spłaszczenia Słońca względem tych, uzyskanych w trakcie innych wcześniejszych badań.
Badaczom udało się oddzielić część parametrów słonecznych od efektów relatywistycznych – nigdy wcześniej to się nie udało w badaniach bazujących na efemerydach. Zespół naukowców opracował nowatorską technikę, która umożliwiło jednoczesne szacowanie i integrowanie orbit zarówno MESSENGERa jak i Merkurego, dzięki czemu powstało rozwiązanie obejmujące wartości związane z ewolucją wnętrza Słońca oraz z efektami relatywistycznymi.
Analizujemy odwieczne i bardzo ważne pytania zarówno w fizyce teoretycznej jak i w fizyce Słońca wykorzystując do tego narzędzia planetologii – mówi geofizyk Erwan Mazarico. Podchodząc do tych problemów z innej perspektywy, możemy zyskać większą pewność i dowiedzieć się więcej o oddziaływaniu między Słońcem a planetami.
Nowe szacunki tempa utraty masy przez Słońce stanowią jedne z pierwszych, których wartość została ustalona w oparciu o obserwacje a nie o obliczenia teoretyczne. W ramach prac teoretycznych badacze wcześniej przewidzieli utratę jednej dziesiątej procenta masy Słońca w ciągu 10 miliardów lat, to wystarczająca wartość, aby zmniejszyć przyciąganie grawitacyjne gwiazdy i umożliwić rozszerzanie się orbit planetarnych o około 1,5 centymetra rocznie na każdą jednostkę astronomiczną.
Nowa wartość jest nieco niższa od wcześniejszych przewidywań, ale charakteryzuje się mniejszą niepewnością. Dzięki temu badacze mogli poprawić szacunki stabilności stałej G o czynnik 10 w porównaniu do wartości wyprowadzonych na podstawie badań ruchu Księżyca.
Nasze badania wskazują jak pomiary zmian orbit planetarnych w układzie słonecznym otwierają możliwość przyszłych odkryć dotyczących natury Słońca i planet – mówi Maria Zuber z MIT.
[AdSense-B]
Źródło: NASA Goddard Space Flight Center