Sonda MESSENGER měřila rozpínání Sluneční soustavy

Vědci z NASA a MIT (Massachusetts Institute of Technology) analyzovali nepatrné změny v pohybu planety Merkur za účelem zjištění, jak dynamika Slunce ovlivňuje dráhy planet. Poloha Merkuru v průběhu plynoucího času byla určována na základě sledování změn rádiového signálu sondy MESSENGER (start 3. 8. 2004) během doby, kdy byla ještě aktivní. Dráhy planet ve Sluneční soustavě se postupně vzdalují od Slunce. Dochází k tomu proto, že gravitační působení naší hvězdy slábne, jak stálice postupně stárne a ztrácí hmotu. Nyní skupina vědců z NASA a MIT nepřímo měřila tuto ztrátu hmoty a další sluneční parametry na základě pozorování změn dráhy Merkuru.

Nové hodnoty zlepšily pozice dřívějších předpovědí zmenšením míry jejich neurčitosti. To je zejména důležité pro určení ztráty hmotnosti Slunce s časem, protože to souvisí se stabilitou gravitační konstanty G. Přestože je gravitační konstanta považována za neměnné číslo, bylo nutné zjistit, zda je stále ještě opravdu konstantní základní veličinou ve fyzice.

„Planeta Merkur je dokonalé zkušební těleso pro takovéto experimenty, protože je velmi citlivá na gravitační vlivy a aktivitu Slunce,“ říká Antonio Genova, hlavní autor studie publikované v Nature Communications, vědecký pracovník Massachusetts Institute of Technology a NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland.

Výzkum započal zpřesněním efemerid Merkuru – jakési cestovní mapy poloh planety na naší obloze v průběhu času. Proto se vědecký tým připravil na rádiové sledování dat, která monitorovala polohu sondy NASA s názvem MESSENGER v době, kdy byla ještě aktivní. Krátce předtím sonda v letech 2008 a 2009 třikrát prolétla kolem Merkuru, než byla v březnu 2011 navedena na oběžnou dráhu kolem planety, po níž obíhala do dubna 2015. Vědci postupně analyzovali nepatrné změny v pohybu planety a zjišťovali, jak Slunce a jeho fyzikální parametry ovlivňují dráhu Merkuru.

V průběhu staletí vědci studovali pohyb Merkuru a věnovali důkladnou pozornost periheliu jeho dráhy, tj. nejbližšími místu vůči Slunci na jeho oběžné dráze. Pozorování již dávno odhalila, že perihelium se posouvá s časem – nastává tzv. precese (neboli stáčení perihelia). Ačkoliv gravitační vliv ostatních planet byl příčinou velké části precese, nepodařilo se ji zcela vysvětlit.

Druhý největší příspěvek je způsoben zakřivením prostoročasu v okolí Slunce v důsledku jeho vlastní gravitace, který byl vysvětlen na základě Einsteinovy obecné teorie relativity. Úspěchem teorie relativity bylo, že vysvětlila většinu zbývající precese dráhy Merkuru a pomohla přesvědčit vědce, že tato teorie je správná.

Další mnohem menší příspěvky ke stáčení perihelia Merkuru jsou přisuzovány vlastnostem nitra Slunce a jeho dynamice. Jedním z parametrů je zploštění Slunce, které ukazuje, o kolik je  rovníkový průměr větší než  polární – na rozdíl od dokonalé koule. Astronomové zpřesnili tento parametr, který je v souladu s dřívějšími výzkumy.

Vědci byli schopni odlišit některé sluneční parametry od relativistických efektů, které se nepodařilo rozlišit při dřívějších výzkumech, kdy se výzkumníci spoléhali na data podle efemerid. Vědecký tým vyvinul neobvyklou metodu, která souběžně určovala a zvažovala jak dráhu sondy MESSENGER, tak i dráhu planety Merkur. To vedlo ke komplexnímu řešení zahrnujícímu jak parametry související s vývojem nitra Slunce, tak i relativistické efekty.

„Nastolili jsme přetrvávající a velmi důležité otázky elementární fyziky a znalostí o Slunci využitím postupů planetárních věd,“ říká Erwan Mazarico, geofyzik na Goddard Space Flight Center. „S řešením těchto problémů z neobvyklého pohledu se můžeme dozvědět více o vzájemném působení mezi Sluncem a planetami.“

Nové určení týkající se rychlosti ztráty sluneční hmoty představuje jednu z prvních hodnot, která byla stanovena na základě pozorování, a ne na základě teoretických výpočtů. Právě díky teoretickým výpočtům vědci již dříve odvodili, že Slunce ztrácí jednu desetinu procenta sluneční hmotnosti za deset miliard roků. To je dostatečná hodnota ke zmenšení gravitační přitažlivosti Slunce, což způsobuje, že dráhy planet se vzdalují od Slunce přibližně o 1,5 centimetru za rok na jednu astronomickou jednotku (1 AU je průměrná vzdálenost Země od Slunce).

Nové odhady jsou nepatrně nižší, než se předpokládalo dříve, avšak i s menší nejistotou. Je zřejmé, že stálost gravitační konstanty G může být zvýšena desetinásobně v porovnání s hodnotami odvozenými z oběhu Měsíce kolem Země.

„Studie ukazuje, jak uskutečněná měření změn oběžných drah planet v celé Sluneční soustavě otevírají možnost budoucích objevů týkajících se charakteristik Slunce a planet, a ve všeobecnosti o znalostech fungování vesmíru,“ říká spoluautorka studie Maria Zuber, místopředsedkyně pro vědecký výzkum na Massachusetts Institute of Technology.

Zdroj:

https://scitechdaily.com/messenger-mission-measures-solar-system-expansion/, https://www.nasa.gov/feature/goddard/2018/nasa-team-studies-middle-aged-sun-by-tracking-motion-of-mercury a https://www.nature.com/articles/s41467-017-02558-1

autor: František Martinek