Det er vanskelig å finne massen av andre planeter, og vanligvis gjøres det ved å måle banene til månene deres eller av romfartøy som flyr forbi dem. "Dette er første gang noen veier hele planetariske systemer - planeter med sine måner og ringer," sa teamleder Dr. David Champion ved Max-Planck-Institut fuer Radioastronomie i Bonn, Tyskland. "Og vi har gitt en uavhengig sjekk av tidligere resultater, noe som er bra for planetarvitenskapen."
Champion sier at måling av massene av planeter på denne nye måten kan mate inn data som trengs for fremtidige romoppdrag. Fordi masse skaper tyngdekraft, og en planets gravitasjonstrekk bestemmer bane for alt som går rundt den - både størrelsen på bane og hvor lang tid det tar å fullføre - vil det hjelpe mer nøyaktig navigering for fremtidige oppdrag.
Den nye metoden er basert på korreksjoner astronomer gjør på signaler fra pulsarer, små spinnende stjerner som leverer vanlige ‘blips’ av radiobølger.
Jorden ferdes rundt sola, og denne bevegelsen påvirker nøyaktig når pulsarsignaler kommer hit. For å fjerne denne effekten, beregner astronomer når pulsen ville ha kommet til solsystemets massesenter, eller barycenter, rundt som alle planetene går i bane. Fordi planetenes plassering rundt sola endres hele tiden, beveger barycenter seg også rundt. For å regne ut sin posisjon bruker astronomer både en tabell (kalt en efemeris) hvor alle planetene er på et gitt tidspunkt, og verdiene for massene deres som allerede er målt. Hvis disse tallene er litt gale, og plasseringen av barycenter er litt feil, vises et regelmessig, repeterende mønster av tidsfeil i pulsar-dataene.
"For eksempel, hvis massen til Jupiter og månene er feil, ser vi et mønster av tidsfeil som gjentar seg over 12 år, den tiden Jupiter tar å bane rundt solen," sa Dr. Dick Manchester fra CSIRO Astronomy and Space Science. Men hvis massen til Jupiter og månene blir korrigert, forsvinner tidsfeilene. Dette er tilbakemeldingsprosessen som astronomene har brukt for å bestemme planetenes masser.
Data fra et sett på fire pulsarer er brukt til å veie Merkur, Venus, Mars, Jupiter og Saturn med sine måner og ringer. De fleste av disse dataene ble spilt inn med CSIROs Parkes radioteleskop i øst-Australia, med noen bidratt av Arecibo-teleskopet i Puerto Rico og Effelsberg-teleskopet i Tyskland. Massene var i samsvar med de som ble målt med romfartøy. Massen til det joviske systemet, .0009547921 (2) ganger massen til Solen, er betydelig mer nøyaktig enn massen som er bestemt fra romfartøyet Pioneer og Voyager, og er i samsvar med, men mindre nøyaktig, enn verdien fra Galileo-romfartøyet.
Den nye måleteknikken er følsom for en masseforskjell på to hundre tusen millioner millioner tonn - bare 0,003% av jordens masse, og en ti milliondel av Jupiters masse.
"På kort sikt vil romskip fortsette å gjøre de mest nøyaktige målingene for individuelle planeter, men pulsarteknikken vil være den beste for planeter som ikke blir besøkt av romfartøy, og for å måle de samlede massene av planeter og månene deres," sa CSIROs Dr. George Hobbs, et annet medlem av forskerteamet.
Gjenta målingene vil forbedre verdiene enda mer. Hvis astronomer observerte et sett med 20 pulsarer over syv år, ville de veid Jupiter mer nøyaktig enn romfartøy har. Gjør det samme for
Saturn ville ta 13 år.
"Astronomer trenger denne nøyaktige timingen fordi de bruker pulsarer for å jakte på gravitasjonsbølger spådd av Einsteins generelle relativitetsteori", sa professor Michael Kramer, leder for forskningsgruppen 'Fundamental Physics in Radio Astronomy' ved Max-Planck-Institut fuer Radioastronomie. "Å finne disse bølgene avhenger av å oppdage minuttsendringer i tidspunktet for pulsarsignaler, og derfor må alle andre kilder til tidsfeil redegjøres for, inkludert spor etter solsystemplaneter."
Astronomer fra Australia, Tyskland, Storbritannia, Canada og USA er involvert i dette prosjektet.
Paper: Måling av massen til solsystemplaneter ved bruk av Pulsar Timing
Kilde: Max Planck
