Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Giống như dây thắt lưng của một củ khoai tây văng ở giữa cuộc đời, quỹ đạo của các hành tinh trong hệ mặt trời của chúng ta đang mở rộng. Điều đó xảy ra bởi vì lực hấp dẫn của Mặt trời dần dần yếu đi khi ngôi sao của chúng ta già đi và mất dần khối lượng. Giờ đây, các nhà khoa học đã gián tiếp đo lường sự mất mát hàng loạt này và các thông số mặt trời khác bằng cách xem xét những thay đổi trong quỹ đạo của Sao Thủy.
Giống như dây thắt lưng của một củ khoai tây văng ở giữa cuộc đời, quỹ đạo của các hành tinh trong hệ mặt trời của chúng ta đang mở rộng. Điều đó xảy ra bởi vì lực hấp dẫn của Mặt trời dần dần yếu đi khi ngôi sao của chúng ta già đi và mất dần khối lượng. Giờ đây, một nhóm các nhà khoa học của NASA và MIT đã gián tiếp đo lường sự mất mát hàng loạt này và các thông số mặt trời khác bằng cách xem xét những thay đổi trong quỹ đạo của Sao Thủy.
Các giá trị mới cải thiện theo dự đoán trước đó bằng cách giảm số lượng không chắc chắn. Điều đó đặc biệt quan trọng đối với tốc độ mất khối lượng mặt trời, bởi vì nó liên quan đến độ ổn định của G, hằng số hấp dẫn. Mặc dù G được coi là một số cố định, cho dù nó thực sự không đổi vẫn là một câu hỏi cơ bản trong vật lý.
“Sao Thủy là đối tượng thử nghiệm hoàn hảo cho các thí nghiệm này vì nó rất nhạy cảm với hiệu ứng hấp dẫn và hoạt động của Mặt trời”, ông Antonio Genova, tác giả chính của nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications và một nhà nghiên cứu của Viện Công nghệ Massachusetts làm việc tại NASA Trung tâm bay không gian Goddard ở Greenbelt, Maryland.
Nghiên cứu bắt đầu bằng cách cải thiện các phù du được xếp hạng của Sao Thủy – bản đồ đường đi của vị trí hành tinh trên bầu trời của chúng ta theo thời gian. Vì thế, nhóm nghiên cứu đã thu thập dữ liệu theo dõi vô tuyến theo dõi vị trí tàu vũ trụ MESSENGER của NASA trong khi nhiệm vụ đang hoạt động. Viết tắt của Sao Thủy, Môi trường Không gian, Địa hóa học và Ranging, tàu vũ trụ robot đã tạo ra ba quả cầu của Sao Thủy vào năm 2008 và 2009 và quay quanh hành tinh từ tháng 3 năm 2011 đến tháng 4 năm 2015. Các nhà khoa học làm việc lạc hậu, phân tích những thay đổi tinh tế trong chuyển động của Sao Thủy như một cách tìm hiểu về Mặt trời và các thông số vật lý của nó ảnh hưởng đến quỹ đạo của hành tinh.
Trong nhiều thế kỷ, các nhà khoa học đã nghiên cứu chuyển động của Sao Thủy, đặc biệt chú ý đến sự tấn công của nó hoặc điểm gần nhất với Mặt trời trong quỹ đạo của nó. Các quan sát từ lâu đã tiết lộ rằng các perihelion thay đổi theo thời gian, được gọi là suy đoán. Mặc dù các lực hấp dẫn của các hành tinh khác chiếm phần lớn trong sự suy đoán của Sao Thủy, nhưng chúng không chiếm hết tất cả.
Đóng góp lớn thứ hai đến từ sự cong vênh của không-thời gian quanh Mặt trời vì lực hấp dẫn của ngôi sao, được bao phủ bởi thuyết tương đối rộng của Einstein. Thành công của thuyết tương đối rộng trong việc giải thích phần lớn suy đoán còn lại của Sao Thủy đã giúp thuyết phục các nhà khoa học rằng lý thuyết của Einstein là đúng.
Những đóng góp khác, nhỏ hơn nhiều cho sự suy đoán của Sao Thủy, được quy cho cấu trúc và động lực bên trong của Mặt trời. Một trong số đó là sự không rõ ràng của Mặt trời, thước đo mức độ phình ra ở giữa phiên bản riêng của “lốp dự phòng” quanh eo chứ không phải là một quả cầu hoàn hảo. Các nhà nghiên cứu đã thu được một ước tính cải thiện về độ không phù hợp với các loại nghiên cứu khác.
Các nhà nghiên cứu đã có thể tách một số thông số mặt trời khỏi các hiệu ứng tương đối tính, một điều không được thực hiện bởi các nghiên cứu trước đó dựa trên dữ liệu phù du. Nhóm nghiên cứu đã phát triển một kỹ thuật mới, đồng thời ước tính và tích hợp quỹ đạo của cả MESSENGER và Mercury, dẫn đến một giải pháp toàn diện bao gồm các đại lượng liên quan đến sự tiến hóa của nội thất Mặt trời và các hiệu ứng tương đối.
“Chúng tôi đang giải quyết các câu hỏi lâu dài và rất quan trọng cả về vật lý cơ bản và khoa học mặt trời bằng cách sử dụng phương pháp khoa học hành tinh”, nhà địa vật lý học Goddard Erwan Mazarico nói. “Bằng cách đến với những vấn đề này từ một góc nhìn khác, chúng ta có thể tự tin hơn về các con số và chúng ta có thể tìm hiểu thêm về sự tương tác giữa Mặt trời và các hành tinh.”
Ước tính mới của nhóm về tỷ lệ tổn thất khối lượng mặt trời đại diện cho một trong những lần đầu tiên giá trị này bị hạn chế dựa trên các quan sát thay vì tính toán lý thuyết. Từ công trình lý thuyết, các nhà khoa học trước đây đã dự đoán mất một phần mười phần trăm khối lượng của Mặt trời trong hơn 10 tỷ năm; Điều đó đủ để giảm lực hấp dẫn của ngôi sao và cho phép quỹ đạo của các hành tinh lan rộng khoảng nửa inch, hoặc 1,5 cm, mỗi năm trên AU (một AU, hoặc đơn vị thiên văn, là khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời: khoảng 93 hàng triệu dặm).
Giá trị mới thấp hơn một chút so với dự đoán trước đó nhưng có ít sự không chắc chắn hơn. Điều đó giúp nhóm nghiên cứu có thể cải thiện độ ổn định của G theo hệ số 10, so với các giá trị có được từ các nghiên cứu về chuyển động của Mặt trăng.
“Nghiên cứu cho thấy cách thực hiện các phép đo quỹ đạo hành tinh thay đổi trong toàn hệ mặt trời mở ra khả năng khám phá trong tương lai về bản chất của Mặt trời và các hành tinh, và thực sự, về hoạt động cơ bản của vũ trụ”, đồng tác giả Maria Zuber, phó chủ tịch nghiên cứu tại MIT.
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Trung tâm bay không gian NASA / Goddard . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.