Att hitta massan av andra planeter är svårt, och vanligtvis görs det genom att mäta banorna på deras månar eller rymdfarkoster som flyger förbi dem. "Detta är första gången någon väger hela planetariska system - planeter med sina månar och ringar", säger teamledaren Dr. David Champion vid Max-Planck-Institut fuer Radioastronomie i Bonn, Tyskland. "Och vi har tillhandahållit en oberoende kontroll av tidigare resultat, vilket är bra för planetvetenskapen."
Champion säger att mäta massorna av planeter på detta nya sätt kan mata in data som behövs för framtida rymduppdrag. Eftersom massan skapar tyngdkraften och en planets tyngdkraft avgör banan för allt som går runt den - både storleken på bana och hur lång tid det tar att slutföra - kommer det att hjälpa till mer exakt navigering för framtida uppdrag.
Den nya metoden är baserad på korrigeringar astronomer gör på signaler från pulsars, små snurrande stjärnor som levererar regelbundna 'blips' av radiovågor.
Jorden reser runt solen, och denna rörelse påverkar exakt när pulsarsignaler kommer hit. För att ta bort denna effekt beräknar astronomer när pulserna skulle ha kommit till solsystemets masscentrum, eller barycenter, runt vilket alla planeter kretsar. Eftersom arrangemanget av planeterna runt solen ändras hela tiden, rör sig barycentret också runt. För att beräkna sin position använder astronomer både en tabell (kallad ephemeris) där alla planeterna är vid en given tidpunkt och värdena för deras massor som redan har uppmättts. Om dessa siffror är något fel, och barycentrets position är något fel, visas ett regelbundet, upprepande mönster av tidsfel i pulsardata.
"Till exempel, om massan av Jupiter och månarna är fel, ser vi ett mönster av tidsfel som upprepas under 12 år, den tid det tar Jupiter att kretsa runt solen," sade Dr. Dick Manchester från CSIRO Astronomy and Space Science. Men om massan av Jupiter och dess månar korrigeras försvinner tidtagningsfelen. Detta är feedbackprocessen som astronomerna har använt för att bestämma planeternas massor.
Data från en uppsättning av fyra pulsars har använts för att väga Merkurius, Venus, Mars, Jupiter och Saturnus med sina månar och ringar. De flesta av dessa data registrerades med CSIRO: s Parkes radioteleskop i östra Australien, med några bidrag från Arecibo-teleskopet i Puerto Rico och Effelsberg-teleskopet i Tyskland. Massorna överensstämde med de som mäts med rymdskepp. Massan i det joviska systemet, .0009547921 (2) gånger solens massa, är betydligt mer exakt än massan bestämd från rymdskeppet Pioneer och Voyager, och överensstämmer med, men mindre exakt än, värdet från rymdskeppet Galileo.
Den nya mättekniken är känslig för en massskillnad på två hundra tusen miljoner ton - bara 0,003% av jordens massa och en tio miljondel av Jupiters massa.
"På kort sikt kommer rymdskepp fortsätta att göra de mest exakta mätningarna för enskilda planeter, men pulsartekniken kommer att vara den bästa för planeter som inte besöks av rymdskepp och för att mäta de kombinerade massorna av planeter och deras månar," sade CSIRO: s Dr George Hobbs, en annan medlem av forskarteamet.
Att upprepa mätningarna skulle förbättra värdena ännu mer. Om astronomer observerade en uppsättning av 20 pulsars under sju år skulle de väga Jupiter mer exakt än rymdskepp har gjort. Gör samma sak för
Saturnus skulle ta 13 år.
"Astronomer behöver denna exakta timing eftersom de använder pulsars för att jaga efter gravitationsvågor förutspådda av Einsteins allmänna relativitetsteori", säger professor Michael Kramer, chef för forskningsgruppen 'Fundamental Physics in Radio Astronomy' vid Max-Planck-Institut fuer Radioastronomie. "Att hitta dessa vågor beror på att man förändrar minutförändringar i tidpunkten för pulsarsignaler, och därför måste alla andra källor till tidsfel redovisas, inklusive spåren från solsystemets planeter."
Astronomer från Australien, Tyskland, Storbritannien, Kanada och USA deltar i detta projekt.
Papper: Mätning av solsystemets planeter med Pulsar-timing
Källa: Max Planck
