"Abwiegen" der Planeten von Merkur bis Saturn
Ein internationales Team von Astronomen unter der Leitung von David Champion, derzeit tätig am Max Planck Institut, entdeckten ein System, um das Gewicht der Planeten unseres Sonnensystems zu bestimmen und zwar mittels Radiosignalen die von Pulsaren ausgehen. Daten von vier Pulsaren wurden verwendet, um die Massen von Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn mit ihren Monden zu bestimmen.
Die neue Messtechnik ist genau bis auf 0,003% der Erdmasse oder einem zehnmillionstel der Jupitermasse. Die Ergebnisse werden in einem Artikel des "Astrophyscal Journal" öffentlich gemacht. Da Masse Schwerkraft bewirkt und damit eines Planeten Gravitation, werden dadurch die Bahnen aller Objekte in seinem Umfeld bestimmt. Astronomen haben bisher die Masse von Planeten durch die Messung der Bahnen ihrer jeweiligen Planetenmonde oder der Bahnen vorbeifliegender Satelliten bestimmt - sowohl anhand deren Größe als auch anhand der Dauer ihrer jeweiligen Umlaufbahnen.
Pulsare sind Sterne geringen Durchmessers mit sehr hoher Dichte, die sich extrem schnell um ihre eigene Achse drehen und dadurch periodische Signale mit hoher Zeitgenauigkeit aussenden. Die neue Methode basiert nun auf dem korrigieren von den Signalen die von Pulsaren ausgesandt werden. Messungen von Planetenmassen könnten auf diese neue Art und Weise für künftige Weltraum-Missionen von Nutzen sein. So könnten zum ersten Mal die Massen von ganzen Planetensystemen mit ihren Monden und Ringen bestimmt werden, meint Teamleiter Dr. David Champion vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie. Darüber hinaus kann eine unabhängige Überprüfung der bisherigen Ergebnisse für die Planetenforschung von Nutzen sein.
Die Erde wandert rund um die Sonne und diese Bewegung beeinflussst die extrem genauen Pulsar-Signale wenn sie im Sonnensystem eintreffen. Die Astronomen berechnen diesen Effekt, wenn die Impulse das Massenzentrum des Sonnensystems, das Baryzentrem, erreicht haben. Da sich die Anordnung der Planeten um die Sonne mit der Zeit ändert, wandert auch das Baryzentrum relativ zur Sonne.
Um diese Position zu bestimmen, verwenden Astronomen sowohl eine Tabelle mit den Positionen der Planeten (Ephemeriden) und die Werte für Massen, die bereits gemessen worden sind. Wenn diese Werte etwas daneben liegen und auch die Position des Baryzentrums nicht genau stimmt, dann würde sich ein regelmäßig wiederholendes Muster an Timing-Fehlern in den Pulsardaten ergeben.
Wenn zum Beispiel die Masse Jupiters und seiner Monde falsch ist, würde sich das Muster eines Timing-Fehlers über einen Zeitraum von rund 11,8 Jahren wiederholen; dies entspricht der Umlaufzeit des Planeten um die Sonne. Aber wenn die Berechnung der Masse Jupiters und seiner Monde korrekt ist, verschwinden die Timing-Fehler. Dies ist der Feedback-Prozess, den die Astronomen zur Massebestimmung der Planeten herangezogen haben.
Datensätze von vier Pulsaren wurden verwendet, um die Massen von Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn mit ihren Monden und Ringen zu bestimmen. Die meisten dieser Daten wurden vom CSIRO Parkes-Radioteleskop in Ost-Australien aufgezeichnet, wobei diese Daten durch Aufzeichnungen vom Effelsberg-Teleskop in Deutschland und dem Arecibo-Teleskop in Puerto Rico ergänzt wurden.
Die Massen waren vergleichbar mit den Massen die von Raumsonden gemessenen. Die Masse des Jupitersystems (Jupiter, seine Monde und Ringe) ist mit 9,547921 x 10-4 Sonnenmassen deutlich genauer als das Resultat von den Vorbeiflügen der Pioneer- und Voyager-Raumsonden. Aber es ist etwas weniger genau als das Resultat von der Raumsonde Galileo, befindet sich aber noch innerhalb der Fehlergrenzen.
Die neue Messtechnik ist so bis auf 0,03 Promille der Erdmasse oder ein Zehnmillionstel der Masse Jupiters genau. Kurzfristig werden allerdings Raumsonden die genauesten Messungen für die einzelnen Planeten liefern. Aber für Planeten, die noch nicht von einer Raumsonde besucht worden sind, ist die Pulsarmethode unverzichtbar, sowie für die Bestimmung der kombinierten Masse von Planeten und ihren Monden. Darüber hinaus würden wiederholte Messungen die Werte verbessern.
Wenn Astronomen eine Gruppe von 20 Pulsaren über sieben Jahre beobachten würden, könnte die Masse Jupiters genauer bestimmt werden, als dies mit Raumsonden möglich ist. Für Saturn würde ein ähnlich gutes Resultat 13 Jahre dauern. Astronomen benötigen auch genaues Timing, weil sie mit Pulsaren auf der Jagd nach Gravitationswellen sind, welche mit Einsteins Relativitätstheorie vorausgesagt worden sind. Das Entdecken von Gravitationswellen ist abhängig von kurzfristigen Änderungen im Timing von Pulsar-Signalen, um so alle anderen Quellen von Timing-Fehlern berücksichtigen zu können; einschließlich der Spuren, welche die Planeten unseres Sonnensystems hinterlassen.
26. August 2010/SP
Verein Kuffner-Sternwarte
