脉冲星信号 太阳系行星称重新方法

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【大纪元8月26日讯】(大纪元记者沙莉编译报导)据太空知识网站space.com报导,国际研究人员开发了一种对太阳系的行星测重的新技术,使用高度磁化的旋转恒星发出的无线电信号对行星测重量。研究人员对4颗脉冲星进行观察,用它们来计算水星、金星、火星,木星和土星及其卫星或环的质量。研究人员说,结合脉冲星计时和现有的数据能够更精确的计算行星质量。

德国波恩的马克斯普朗克射电天文学研究所研究小组负责人沙皮恩说,“这是第一次人类可以对整个行星系统测重,包括行星及其卫星和环。此外,可以对以前的计算结果提供一个独立的检查,这对行星科学意义重大。”

这项新技术相当精确,精确到地球质量的0.003%,木星质量的千万分之一。沙皮恩和同事开发的技术基于天文学家对来自遥远脉冲星的常规无线电波“尖头信号”的更正。

当地球围绕太阳旋转时,运动影响脉冲星信号到达地球所需要的时间。为了避免这一影响,天文学家计算脉冲到达太阳系的质量中心所需要的时间。这个称为质心(barycenter)的点是所有行星旋转的中心点。由于行星围绕太阳的位置随时间变化,质心相对于太阳的位置也发生变化。天文学家使用指示行星位置的星历表(ephemeris)和已经测得的行星质量来定位质心。如果这些数字是错误的,得出的质心位置是不准确的,那么使用脉冲星数据可以发现一个规律性的计时误差模式。

研究合作者、澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)的曼彻斯特说,“举例来说,如果木星及其卫星的质量是错误的,我们可以发现一个在12年间重复的木星围绕太阳公转计时误差。” 如果木星及其卫星的质量计算正确,计时误差就从数据集里消失。

CSIRO在澳大利亚东部的帕克斯射电望远镜、德国埃费尔斯贝格的望远镜和波多黎各的阿雷西博望远镜都提供了对脉冲星的观测记录。研究人员说,他们得到了木星系统的测量结果,脉冲星技术对大质量行星测重更加准确。沙皮恩说,“行星能够把质心从太阳拉走得越远,越容易对其测重。对火星和水星测量质量就不太精确,因为它们质量少得多。水星几乎无法移动质心。”

研究人员说,利用脉冲星的数据计算出的质量与以前最精确的测量结果一致。在此之前,天文学家依赖高速飞过行星的航天器的读数来计算它的质量,这种测量方法仍然被认为是最准确的。或者通过测量行星卫星轨道来计算行星质量。科学家使用卫星轨道的长度和公转周期来计算行星质量,因为轨道大小取决于引力作用,引力又来自于质量。航天器将继续为单个行星提供最准确的测量结果。但新的脉冲星技术将用于测量航天器无法访问的行星的质量。新技术也有助于确定整个行星系统即行星和卫星的总共质量。

此外,重复测量将有助于精确目前的数据,使其更准确。如果天文学家在7年间观察到一组20颗脉冲星,他们将能够比使用航天器更准确地测量木星质量。对于土星进行同样的过程将需要13年。

马克斯普朗克射电天文研究所射电天文基础物理研究小组负责人克莱默说,“天文学家需要这个准确的计时,因为他们使用脉冲星寻找爱因斯坦相对论预测的引力波。寻找这些波取决于发现脉冲星信号计时的微小变化,必须说明计时误差的所有其他来源,包括太阳系行星的轨迹。”

该研究小组包括澳大利亚、德国、美国、英国和加拿大的科学家。研究将在《天体物理学》期刊出版。

(http://www.dajiyuan.com)

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