NASA-hold studerer midaldrende Sol ved at spore Merkurs bevægelse

Som linningen på en sofakartoffel midt i livet, planeternes kredsløb i vores solsystem udvider sig. Det sker, fordi Solens gravitationsgreb gradvist svækkes, efterhånden som vores stjerne ældes og taber masse. Nu, et hold af NASA og MIT forskere har indirekte målt dette massetab og andre solparametre ved at se på ændringer i Merkurs kredsløb.

De nye værdier forbedrer tidligere forudsigelser ved at reducere mængden af ​​usikkerhed. Det er især vigtigt for hastigheden af ​​solmassetab, fordi det er relateret til stabiliteten af ​​G, gravitationskonstanten. Selvom G betragtes som et fast tal, om det virkelig er konstant er stadig et grundlæggende spørgsmål i fysik.

"Kviksølv er det perfekte testobjekt til disse eksperimenter, fordi det er så følsomt over for Solens gravitationseffekt og aktivitet, " sagde Antonio Genova, hovedforfatteren af ​​undersøgelsen offentliggjort i Naturkommunikation og en forsker fra Massachusetts Institute of Technology, der arbejder ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

Undersøgelsen begyndte med at forbedre Mercurys kortlagte efemeri - kørekortet over planetens position på vores himmel over tid. For det, holdet trak på radiosporingsdata, der overvågede placeringen af ​​NASAs MESSENGER-rumfartøj, mens missionen var aktiv. Forkortelse for Mercury Surface, Rummiljø, Geokemi, og Ranging, robot-rumfartøjet foretog tre forbiflyvninger af Merkur i 2008 og 2009 og kredsede om planeten fra marts 2011 til april 2015. Forskerne arbejdede baglæns, analysere subtile ændringer i Merkurs bevægelse som en måde at lære om Solen og hvordan dens fysiske parametre påvirker planetens kredsløb.

I århundreder, videnskabsmænd har studeret Merkurs bevægelse, være særlig opmærksom på dets perihelium, eller det nærmeste punkt på Solen under dens kredsløb. Observationer for længe siden afslørede, at perihelium skifter over tid, kaldet præcession. Selvom andre planeters gravitationsslæbebåde står for det meste af Merkurs præcession, de tager ikke højde for det hele.

Det næststørste bidrag kommer fra rumtidens vridning omkring Solen på grund af stjernens egen tyngdekraft, som er dækket af Einsteins generelle relativitetsteori. Den generelle relativitetsteoris succes med at forklare det meste af Mercurys tilbageværende præcession hjalp med at overbevise videnskabsmænd om, at Einsteins teori var rigtig.

Andet, meget mindre bidrag til Merkurs præcession, tilskrives Solens indre struktur og dynamik. En af dem er solens overfladiskhed, et mål for, hvor meget det buler på midten – sin egen version af et "reservedæk" rundt om taljen – i stedet for at være en perfekt kugle. Forskerne opnåede et forbedret skøn over oblateness, der er i overensstemmelse med andre typer undersøgelser.

Forskerne var i stand til at adskille nogle af solparametrene fra de relativistiske effekter, noget, der ikke blev opnået af tidligere undersøgelser, der var afhængige af efemerisdata. Holdet udviklede en ny teknik, der samtidig estimerede og integrerede banerne for både MESSENGER og Merkur, fører til en omfattende løsning, der inkluderer mængder relateret til udviklingen af ​​Solens indre og til relativistiske effekter.

"Vi adresserer langvarige og meget vigtige spørgsmål både inden for grundlæggende fysik og solvidenskab ved at bruge en planetarisk-videnskabelig tilgang, " sagde Goddard geofysiker Erwan Mazarico. "Ved at komme på disse problemer fra et andet perspektiv, vi kan få mere tillid til tallene, og vi kan lære mere om samspillet mellem Solen og planeterne."

Holdets nye estimat af hastigheden af ​​solmassetab repræsenterer en af ​​de første gange, denne værdi er blevet begrænset baseret på observationer snarere end teoretiske beregninger. Fra det teoretiske arbejde, videnskabsmænd forudsagde tidligere et tab på en tiendedel af en procent af Solens masse over 10 milliarder år; det er nok til at reducere stjernens tyngdekraft og tillade planeternes kredsløb at sprede sig omkring en halv tomme, eller 1,5 centimeter, om året pr. AU (en AU, eller astronomisk enhed, er afstanden mellem Jorden og Solen:omkring 93 millioner miles).

Den nye værdi er lidt lavere end tidligere forudsigelser, men har mindre usikkerhed. Det gjorde det muligt for holdet at forbedre stabiliteten af ​​G med en faktor 10, sammenlignet med værdier udledt af undersøgelser af Månens bevægelse.

"The study demonstrates how making measurements of planetary orbit changes throughout the solar system opens the possibility of future discoveries about the nature of the Sun and planets, og sandelig, about the basic workings of the universe, " said co-author Maria Zuber, vice president for research at MIT.