Cân lại các hành tinh theo cách mới

Các nhà thiên văn đã tìm ra một phương pháp mới để xác định lại khối lượng các hành tinh trong hệ Mặt trời.

Một nhóm các nhà thiên văn quốc tế dưới sự chủ trì của CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation - Tổ chức nghiên cứu khoa học và công nghệ khối Thịnh vượng chung) đã tìm ra một phương pháp mới để xác định lại khối lượng các hành tinh trong hệ Mặt trời, dùng các tín hiệu vô tưyến từ các ngôi sao nhỏ đang quay gọi là pulsar.

Người lãnh đạo nhóm, Tiến sĩ David Champion, Viện Thiên văn vô tuyến Max Plank của Đức cho biết: “Đây là lần đầu tiên người ta có thể cân toàn bộ cả hệ, gồm những hành tinh, vệ tinh và những vòng đai bao quanh những hành tinh đó. Chúng tôi đã đưa ra một cách kiểm tra độc lập các kết quả trước đây và phương pháp này được đánh giá như một thành công lớn của Khoa học”.

Khối lượng các hành tinh trong hệ Mặt trời có thể tính toán chính xác bằng một
phương pháp mới.

Các số liệu đo lường khối lượng hành tinh bằng phương pháp mới sẽ rất cần thiết đối với những cuộc thăm dò vũ trụ trong tương lai.

Cho tới nay, các nhà thiên văn học thường “cân” một hành tinh bằng cách xác định quỹ đạo của các vệ tinh hoặc của các con tàu vũ trụ khi bay ngang quá hành tinh đó. Theo Định luật tác dụng khối lượng, hành tinh gây ra một trọng lực tác động lên một vật thể rơi vào sức hút của nó, xác định quỹ đạo cũng như thời gian vật thể ấy bay một vòng quanh nó.

Phương pháp mới dựa trên sự hiệu chỉnh các tín hiệu từ pulsar phát ra thông qua những tiếng “blip… blip” đều đặn của sóng vô tuyến. Khi Trái đất bay quanh mặt trời thì các tín hiệu từ pulsar phát ra sẽ thay đổi khi Trái đất quay quanh Mặt trời. Để loại trừ ảnh hưởng phụ, các nhà thiên văn tính toán khi nào các xung đến trọng tâm của hệ Mặt trời, căn cứ vào quỹ đạo các hành tinh.

Vì sự sắp xếp các hành tinh quanh Mặt trời luôn thay đổi, trọng tâm của toàn hệ cũng thay đổi theo. Để tìm ra vị trí của nó, các nhà thiên văn dùng một bảng, gọi là lịch thiên văn (ephemeris) cho biết vị trí các hành tinh vào một thời điểm nhất định và những giá trị về khối lượng của chúng đã đo trước đây.

Nhà nghiên cứu của CSIRO là TS Dick Manchester nói, nếu những số liệu này chỉ sai một chút, và vị trí của trọng tâm của hệ cũng sai một chút, thì những sai sót ấy sẽ thể hiện trên các số liệu từ pulsar, và người ta có thể nhìn vào đấy để điều chỉnh lại.

“Nếu khối lượng của Mộc tinh và vệ tinh của nó sai, thì chúng tôi sẽ phát hiện ra ngay khi nhìn vào các số liệu chứa các sai sót ấy lặp đi lập lại suốt 12 năm, là thời gian mà Mộc tinh quay một vòng quanh Mặt trời”. - TS Manchester lấy ví dụ - “Khi chúng tôi điều chỉnh lại khối lượng của Mộc tinh và các vệ tinh của nó cho đúng thì những sai sót về thời gian cũng lập tức biến mất. Trên cơ sở tương tự, chúng tôi đã “cân” lại khối lượng các hành tinh”.

Khối lượng của Mộc tinh được tính toán theo phương pháp mới chính xác hơn
khi xác định theo phương pháp cũ.

Dựa trên số liệu của 4 pulsar, các nhà thiên văn đã “cân” lại chính xác khối lượng của Thủy tinh (Mercury), Kim tinh (Venus), Hoả tinh (Mars), Mộc tinh (Jupiter) và Thổ tinh (Saturn) cùng với những vệ tinh và vành đai của những hành tinh này. Các số liệu được ghi lại từ các kính thiên văn Parkes ở Đông Australia,  Arecibo ở Puerto Rico và Effelsberg ở Đức.

Các con tàu vũ trụ tham gia vào việc xác định này cho thấy khối lượng của hệ thuộc Mộc tinh (Jovian system) nhỏ hơn khối lượng của Mặt trời là  9.547921(2) x 10^-4 lần, chính xác hơn so với khối lượng mà các con tàu Pioneer và Voyager xác định theo phương pháp cũ.

Kỹ thuật đo mới đã điều chỉnh được sự khác biệt về khối lượng là hai trăm nghìn triệu triệu tấn, nghĩa là tương ứng với 0,003% khối lượng Trái đất và một phần triệu khối lượng của Mộc tinh.

Chuyên gia nghiên cứu tại bộ môn Khoa hoc Thiên văn và Vũ trụ (Astronomy and Space Science viết tắt là CASS), thuộc CSIRO là TS George Hobbs cho biết trong thời gian ngắn nữa, các con tàu vũ trụ vẫn tiếp tục xác định khối lượng của nhiều hành tinh, nhưng “kỹ thuật pulsar không cần đưa các con tàu đến tận nơi và đo được không chỉ hành tinh mà cả các vệ tinh của chúng”.

Trưởng nhóm nghiên cứu “Vật lý cơ bản trong Thiên văn vô tuyến” thuộc Viện Max-Planck, GS Michael Kramer, nêu rõ các nhà thiên văn cần những số liệu về thời gian chính xác vì họ đang dùng pulsar để “săn” các sóng trọng trường mà thuyết tương đối của Einstein đã dự đoán”.