脈衝星信號 太陽系行星稱重新方法

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【大紀元8月26日訊】(大紀元記者沙莉編譯報導)據太空知識網站space.com報導,國際研究人員開發了一種對太陽系的行星測重的新技術,使用高度磁化的旋轉恆星發出的無線電信號對行星測重量。研究人員對4顆脈衝星進行觀察,用它們來計算水星、金星、火星,木星和土星及其衛星或環的質量。研究人員說,結合脈衝星計時和現有的數據能夠更精確的計算行星質量。

德國波恩的馬克斯普朗克射電天文學研究所研究小組負責人沙皮恩說,「這是第一次人類可以對整個行星系統測重,包括行星及其衛星和環。此外,可以對以前的計算結果提供一個獨立的檢查,這對行星科學意義重大。」

這項新技術相當精確,精確到地球質量的0.003%,木星質量的千萬分之一。沙皮恩和同事開發的技術基於天文學家對來自遙遠脈衝星的常規無線電波「尖頭信號」的更正。

當地球圍繞太陽旋轉時,運動影響脈衝星信號到達地球所需要的時間。為了避免這一影響,天文學家計算脈衝到達太陽系的質量中心所需要的時間。這個稱為質心(barycenter)的點是所有行星旋轉的中心點。由於行星圍繞太陽的位置隨時間變化,質心相對於太陽的位置也發生變化。天文學家使用指示行星位置的星歷表(ephemeris)和已經測得的行星質量來定位質心。如果這些數字是錯誤的,得出的質心位置是不准確的,那麼使用脈衝星數據可以發現一個規律性的計時誤差模式。

研究合作者、澳大利亞聯邦科學與工業研究組織(CSIRO)的曼徹斯特說,「舉例來說,如果木星及其衛星的質量是錯誤的,我們可以發現一個在12年間重複的木星圍繞太陽公轉計時誤差。」 如果木星及其衛星的質量計算正確,計時誤差就從數據集裡消失。

CSIRO在澳大利亞東部的帕克斯射電望遠鏡、德國埃費爾斯貝格的望遠鏡和波多黎各的阿雷西博望遠鏡都提供了對脈衝星的觀測記錄。研究人員說,他們得到了木星系統的測量結果,脈衝星技術對大質量行星測重更加準確。沙皮恩說,「行星能夠把質心從太陽拉走得越遠,越容易對其測重。對火星和水星測量質量就不太精確,因為它們質量少得多。水星幾乎無法移動質心。」

研究人員說,利用脈衝星的數據計算出的質量與以前最精確的測量結果一致。在此之前,天文學家依賴高速飛過行星的航天器的讀數來計算它的質量,這種測量方法仍然被認為是最準確的。或者通過測量行星衛星軌道來計算行星質量。科學家使用衛星軌道的長度和公轉週期來計算行星質量,因為軌道大小取決於引力作用,引力又來自於質量。航天器將繼續為單個行星提供最準確的測量結果。但新的脈衝星技術將用於測量航天器無法訪問的行星的質量。新技術也有助於確定整個行星系統即行星和衛星的總共質量。

此外,重複測量將有助於精確目前的數據,使其更準確。如果天文學家在7年間觀察到一組20顆脈衝星,他們將能夠比使用航天器更準確地測量木星質量。對於土星進行同樣的過程將需要13年。

馬克斯普朗克射電天文研究所射電天文基礎物理研究小組負責人克萊默說,「天文學家需要這個準確的計時,因為他們使用脈衝星尋找愛因斯坦相對論預測的引力波。尋找這些波取決於發現脈衝星信號計時的微小變化,必須說明計時誤差的所有其他來源,包括太陽系行星的軌跡。」

該研究小組包括澳大利亞、德國、美國、英國和加拿大的科學家。研究將在《天體物理學》期刊出版。

(http://www.dajiyuan.com)

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