Trouver la masse des autres planètes est délicat, et se fait généralement en mesurant les orbites de leurs lunes ou des engins spatiaux qui les survolent. «C'est la première fois que quelqu'un pèse des systèmes planétaires entiers - des planètes avec leurs lunes et leurs anneaux», a déclaré le chef d'équipe, le Dr David Champion, du Max-Planck-Institut fuer Radioastronomie à Bonn, en Allemagne. "Et nous avons fourni une vérification indépendante des résultats précédents, ce qui est excellent pour la science planétaire."
Champion dit que mesurer les masses de planètes de cette nouvelle manière pourrait alimenter les données nécessaires aux futures missions spatiales. Parce que la masse crée la gravité, et l'attraction gravitationnelle d'une planète détermine l'orbite de tout ce qui l'entoure - à la fois la taille de l'orbite et le temps qu'il faut pour terminer - cela aidera à une navigation plus précise pour les futures missions.
La nouvelle méthode est basée sur les corrections que les astronomes apportent aux signaux des pulsars, petites étoiles tournantes qui émettent régulièrement des «blips» d’ondes radio.
La Terre voyage autour du Soleil, et ce mouvement affecte exactement le moment où les signaux pulsar arrivent ici. Pour supprimer cet effet, les astronomes calculent quand les impulsions seraient arrivées au centre de masse du système solaire, ou barycentre, autour duquel toutes les planètes orbiteraient. Parce que la disposition des planètes autour du Soleil change tout le temps, le barycentre se déplace également. Pour déterminer sa position, les astronomes utilisent à la fois une table (appelée éphéméride) où se trouvent toutes les planètes à un moment donné, et les valeurs de leurs masses qui ont déjà été mesurées. Si ces chiffres sont légèrement erronés et que la position du barycentre est légèrement incorrecte, un schéma régulier et répétitif d'erreurs de synchronisation apparaît dans les données du pulsar.
"Par exemple, si la masse de Jupiter et de ses lunes est erronée, nous voyons un schéma d'erreurs de synchronisation qui se répète sur 12 ans, le temps que Jupiter prend pour orbiter autour du Soleil", a déclaré le Dr Dick Manchester du CSIRO Astronomy and Space Science. Mais si la masse de Jupiter et de ses lunes est corrigée, les erreurs de synchronisation disparaissent. C’est le processus de rétroaction que les astronomes ont utilisé pour déterminer les masses des planètes.
Les données d'un ensemble de quatre pulsars ont été utilisées pour peser Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne avec leurs lunes et leurs anneaux. La plupart de ces données ont été enregistrées avec le radiotélescope Parkes du CSIRO dans l’est de l’Australie, certaines provenant du télescope Arecibo de Porto Rico et du télescope Effelsberg en Allemagne. Les masses étaient conformes à celles mesurées par les engins spatiaux. La masse du système Jovian, .0009547921 (2) fois la masse du Soleil, est nettement plus précise que la masse déterminée à partir des vaisseaux spatiaux Pioneer et Voyager, et conforme, mais moins précise que, à la valeur du vaisseau spatial Galileo.
La nouvelle technique de mesure est sensible à une différence de masse de deux cent mille millions de tonnes - seulement 0,003% de la masse de la Terre et un dix millionième de la masse de Jupiter.
"À court terme, les engins spatiaux continueront à effectuer les mesures les plus précises pour les planètes individuelles, mais la technique des pulsars sera la meilleure pour les planètes non visitées par les engins spatiaux et pour mesurer les masses combinées des planètes et de leurs lunes", a déclaré le CSIRO. Dr George Hobbs, un autre membre de l'équipe de recherche.
La répétition des mesures améliorerait encore plus les valeurs. Si les astronomes observaient un ensemble de 20 pulsars sur sept ans, ils pèseraient Jupiter plus précisément que les vaisseaux spatiaux. Faire de même pour
Saturne prendrait 13 ans.
«Les astronomes ont besoin de cette synchronisation précise car ils utilisent des pulsars pour chasser les ondes gravitationnelles prévues par la théorie générale de la relativité d'Einstein», a déclaré le professeur Michael Kramer, chef du groupe de recherche «Physique fondamentale en radioastronomie» au Max-Planck-Institut. fuer Radioastronomie. "La découverte de ces ondes dépend de la détection de changements infimes dans le timing des signaux pulsar, et donc toutes les autres sources d'erreur de timing doivent être prises en compte, y compris les traces des planètes du système solaire."
Des astronomes d'Australie, d'Allemagne, du Royaume-Uni, du Canada et des États-Unis participent à ce projet.
Document: Mesurer la masse des planètes du système solaire en utilisant la synchronisation pulsar
Source: Max Planck
