Det er vanskeligt at finde massen af andre planeter, og det gøres normalt ved at måle deres månes baner eller rumfartøjer, der flyver forbi dem. ”Dette er første gang nogen vejer hele planetariske systemer - planeter med deres måner og ringe,” sagde teamleder Dr. David Champion ved Max-Planck-Institut fuer Radioastronomie i Bonn, Tyskland. "Og vi har leveret en uafhængig kontrol af tidligere resultater, hvilket er godt for planetvidenskab."
Champion siger, at måling af masserne af planeter på denne nye måde kan føde ind i data, der er nødvendige til fremtidige rumopgaver. Fordi masse skaber tyngdekraft, og en planets gravitationstryk bestemmer bane for alt, hvad der går omkring det - både størrelsen på bane og hvor lang tid det tager at gennemføre - vil det hjælpe med mere nøjagtig navigation til fremtidige missioner.
Den nye metode er baseret på korrektioner astronomer foretager signaler fra pulsarer, små spinningstjerner, der leverer regelmæssige 'blips' af radiobølger.
Jorden rejser rundt om solen, og denne bevægelse påvirker nøjagtigt, når pulsarsignaler ankommer her. For at fjerne denne virkning beregner astronomer, hvornår impulserne ville være ankommet til solsystemets massecenter, eller barycenter, omkring hvilke alle planeter kredser. Fordi arrangementet af planeterne omkring solen ændrer sig hele tiden, bevæger barycenteret sig også rundt. For at finde ud af sin position bruger astronomer både en tabel (kaldet en ephemeris) over hvor alle planeterne er på et givet tidspunkt og værdierne for deres masser, der allerede er blevet målt. Hvis disse tal er lidt forkerte, og placeringen af barycentret er lidt forkert, vises et regelmæssigt, gentagende mønster af tidsfejl i pulsardataene.
"For eksempel, hvis massen af Jupiter og dens måner er forkert, ser vi et mønster af tidsfejl, der gentages over 12 år, den tid, det tager Jupiter at bane rundt solen," sagde Dr. Dick Manchester fra CSIRO Astronomy and Space Science. Men hvis Jupiters masse og dets måner korrigeres, forsvinder timingsfejlene. Dette er feedbackprocessen, som astronomerne har brugt til at bestemme planeternes masser.
Data fra et sæt på fire pulsarer er blevet brugt til at veje Merkur, Venus, Mars, Jupiter og Saturn med deres måner og ringe. De fleste af disse data blev optaget med CSIROs Parkes radioteleskop i det østlige Australien, med nogle bidraget af Arecibo-teleskopet i Puerto Rico og Effelsberg-teleskopet i Tyskland. Masserne var i overensstemmelse med dem, der blev målt ved rumfartøj. Massen i det joviske system, .0009547921 (2) gange solens masse, er væsentligt mere nøjagtig end massen bestemt fra Pioneer og Voyager-rumfartøjet og er i overensstemmelse med, men mindre nøjagtige end værdien fra Galileo-rumfartøjet.
Den nye måleteknik er følsom over for en masseforskel på 200.000 millioner millioner tons - kun 0,003% af jordens masse og en ti milliondel af Jupiters masse.
”På kort sigt vil rumfartøjer fortsætte med at foretage de mest nøjagtige målinger for individuelle planeter, men pulsarteknikken vil være den bedste til planeter, der ikke besøges af rumfartøjer, og til at måle de samlede masser af planeter og deres måner,” sagde CSIROs Dr. George Hobbs, et andet medlem af forskerteamet.
Gentagelse af målingerne vil forbedre værdierne endnu mere. Hvis astronomer observerede et sæt på 20 pulsarer over syv år, ville de veje Jupiter mere præcist end rumfartøjer har. Gør det samme for
Saturn ville tage 13 år.
”Astronomer har brug for denne nøjagtige timing, fordi de bruger pulsarer til at jage efter tyngdekraftsbølger forudsagt af Einsteins generelle relativitetsteori”, sagde professor Michael Kramer, leder af forskningsgruppen 'Fundamental Physics in Radio Astronomy' ved Max-Planck-Institut fuer Radioastronomie. "At finde disse bølger afhænger af at opdage ændringer i minuttet i timingen af pulsarsignaler, og derfor skal alle andre kilder til tidsfejl redegøres for, herunder spor af solsystemets planeter."
Astronomer fra Australien, Tyskland, Storbritannien, Canada og USA er involveret i dette projekt.
Papir: Måling af solsystemets planeter ved hjælp af Pulsar-timing
Kilde: Max Planck
