Pesiamo i pianeti con le pulsar

La cosa più eccezionale di questo nuovo approccio è che si è in grado di pesare un intero sistema planetario compresi i satelliti e gli anelli, oltre che testare con enorme accuratezza le misure in nostro possesso. Ricordiamo che la conoscenza precisa delle masse dei pianeti è fondamentale per la pianificazioni dei futuri viaggi spaziali.

Fino ad oggi, gli astronomi hanno pesato le masse dei pianeti misurando le orbite dei satelliti e delle navicelle spaziali che sono passate nelle loro vicinanze. Ciò è possibile perché una massa produce gravità e la forza gravitazionale è propria quella che determina l’orbita di qualsiasi cosa gli giri attorno, sia come forma sia come tempo necessario a descriverla.

Il nuovo metodo invece utilizza oggetti ben più lontani: le pulsar. Esse lanciano segnali radio che vengono ricevuti dalla Terra. Tuttavia, la Terra rivolve attorno al Sole e questo movimento influenza il momento esatto in cui il segnale della piccola stella ultramassiccia giunge esattamente a noi. Il movimento della Terra dipende, però, dalla posizione relativa di tutti i pianeti e satelliti rispetto al Sole. Se le masse dei pianeti e dei loro sudditi in nostro possesso fossero esatte noi riceveremmo i segnali esattamente quando ce li aspettiamo. Se ciò non capita è perché le masse non sono abbastanza accurate. Basta inserire tutte le masse nella posizione che la Terra dovrebbe avere e misurare la differenza tra segnale atteso e segnale effettivo. Il sistema di equazioni ed incognite è risolvibile dato che vi sono infinite posizioni diverse tra Terra e pulsar (durante la rivoluzione della Terra), mentre le incognite sono sempre le stesse (le masse dei pianeti e dei satelliti). Non solo, esistono anche moltissime pulsar che si possono osservare e con cui ripetere le misurazioni.

In realtà il procedimento è più complesso e accurato ed è in grado di discernere il contributo di “errore” a seconda del pianeta che lo causa. Ad esempio, se la massa di Giove e delle sue lune fosse sbagliata, vi sarebbe un andamento dell’errore nei tempi di arrivo legato a un periodo di 12 anni, proprio quello necessario a Giove per rivolvere attorno al Sole

Utilizzando varie pulsar sono già stati pesati Mercurio, Venere, Marte, Giove e Saturno con i loro satelliti e anelli. La strumentazione radio è stata quella australiana del CSIRO nell’Australia orientale, il radiotelescopio di Arecibo e quello di Effelsberg in Germania

In realtà eravamo già stati molto bravi. Gli errori sono risultati veramente piccolissimi. La nuova tecnica è sensibile a una differenza di massa di circa 0.003 per cento della massa della Terra e di dieci milionesimi della massa di Giove. Le future missioni spaziali saranno sicuramente in grado di arrivare a valori ancora più precisi, ma comunque il nuovo metodo rimane fondamentale per gli oggetti planetari non visitati direttamente e per calcolare la massa del sistema pianeta-anelli-satelliti. Se poi si ripetessero le misurazioni con diverse pulsar e su periodi di tempo abbastanza lunghi, il nuovo metodo raggiungerebbe precisioni anche maggiori di quelle ottenute dalle navicelle spaziali. Ad esempio, con 20 pulsar su un arco di sette anni, si supererebbero le misure dirette eseguibili su Giove. Con 13 anni quelle su Saturno.

Vi è poi un interesse ancora più sottile e raffinato. Per potere rilevare le tanto attese onde gravitazionali, gli astronomi sperano di sfruttare minime variazioni proprio nella regolarità dei segnali delle pulsar. Ovviamente, per far ciò è necessario che prima siano state eliminate tutte le sorgenti di errore nei tempi di arrivo dei segnali. E il nostro sistema solare, con delle masse “sbagliate”, sarebbe veramente un problema.

Il lavoro originale si può trovare qui.