La vicinanza di Mercurio al Sole e le sue piccole dimensioni lo rendono squisitamente sensibile alla dinamica del Sole e alla sua attrazione gravitazionale. Credito:NASA/SDO
Come la cintura di un pantofolaio nella mezza età, le orbite dei pianeti nel nostro sistema solare si stanno espandendo. Succede perché la presa gravitazionale del Sole si indebolisce gradualmente man mano che la nostra stella invecchia e perde massa. Ora, un team di scienziati della NASA e del MIT ha misurato indirettamente questa perdita di massa e altri parametri solari osservando i cambiamenti nell'orbita di Mercurio.
I nuovi valori migliorano le previsioni precedenti riducendo la quantità di incertezza. Questo è particolarmente importante per il tasso di perdita di massa solare, perché è legato alla stabilità di G, la costante gravitazionale. Sebbene G sia considerato un numero fisso, se sia davvero costante è ancora una domanda fondamentale in fisica.
"Mercurio è l'oggetto di prova perfetto per questi esperimenti perché è così sensibile all'effetto gravitazionale e all'attività del Sole, " disse Antonio Genova, l'autore principale dello studio pubblicato in Comunicazioni sulla natura e un ricercatore del Massachusetts Institute of Technology che lavora presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland.
Lo studio è iniziato migliorando le effemeridi cartografiche di Mercurio, la mappa stradale della posizione del pianeta nel nostro cielo nel tempo. Per quello, il team ha attinto ai dati di tracciamento radio che monitoravano la posizione della navicella spaziale MESSENGER della NASA mentre la missione era attiva. Abbreviazione di superficie di mercurio, Ambiente spaziale, Geochimica, e che vanno, la navicella spaziale robotica ha effettuato tre sorvoli di Mercurio nel 2008 e nel 2009 e ha orbitato attorno al pianeta da marzo 2011 ad aprile 2015. Gli scienziati hanno lavorato a ritroso, analizzando i sottili cambiamenti nel moto di Mercurio come un modo per conoscere il Sole e come i suoi parametri fisici influenzano l'orbita del pianeta.
Per secoli, gli scienziati hanno studiato il moto di Mercurio, prestando particolare attenzione al suo perielio, o il punto più vicino al Sole durante la sua orbita. Osservazioni molto tempo fa hanno rivelato che il perielio si sposta nel tempo, chiamato precessione. Sebbene i rimorchiatori gravitazionali di altri pianeti rappresentino la maggior parte della precessione di Mercurio, non tengono conto di tutto questo.
Il secondo contributo più grande viene dalla deformazione dello spazio-tempo intorno al Sole a causa della gravità stessa della stella, che è coperto dalla teoria della relatività generale di Einstein. Il successo della relatività generale nello spiegare la maggior parte della precessione rimanente di Mercurio ha aiutato a persuadere gli scienziati che la teoria di Einstein era giusta.
Gli scienziati della NASA e del MIT hanno analizzato i sottili cambiamenti nel moto di Mercurio per conoscere il Sole e come le sue dinamiche influenzano l'orbita del pianeta. La posizione di Mercurio nel tempo è stata determinata dai dati di tracciamento radio ottenuti mentre era attiva la missione MESSENGER della NASA. Credito:Goddard Space Flight Center della NASA
Altro, contributi molto minori alla precessione di Mercurio, sono attribuiti alla struttura interna e alla dinamica del Sole. Uno di questi è l'oblatezza del Sole, una misura di quanto si gonfia al centro - la sua versione di "ruota di scorta" intorno alla vita - piuttosto che essere una sfera perfetta. I ricercatori hanno ottenuto una stima migliore dell'oblatezza che è coerente con altri tipi di studi.
I ricercatori sono stati in grado di separare alcuni dei parametri solari dagli effetti relativistici, qualcosa non realizzato da studi precedenti che si basavano su dati di effemeridi. Il team ha sviluppato una nuova tecnica che ha stimato e integrato simultaneamente le orbite di MESSENGER e Mercurio, portando a una soluzione completa che include quantità relative all'evoluzione dell'interno del Sole e agli effetti relativistici.
"Stiamo affrontando questioni di vecchia data e molto importanti sia nella fisica fondamentale che nella scienza solare utilizzando un approccio di scienza planetaria, ", ha detto il geofisico di Goddard Erwan Mazarico. "Arrivando a questi problemi da una prospettiva diversa, possiamo acquisire più fiducia nei numeri, e possiamo saperne di più sull'interazione tra il Sole e i pianeti".
La nuova stima del team del tasso di perdita di massa solare rappresenta una delle prime volte in cui questo valore è stato vincolato sulla base di osservazioni piuttosto che di calcoli teorici. Dal lavoro teorico, gli scienziati in precedenza avevano previsto una perdita di un decimo di punto percentuale della massa del Sole in 10 miliardi di anni; questo è sufficiente per ridurre l'attrazione gravitazionale della stella e consentire alle orbite dei pianeti di diffondersi di circa mezzo pollice, o 1,5 centimetri, all'anno per AU (un AU, o unità astronomica, is the distance between Earth and the Sun:about 93 million miles).
The new value is slightly lower than earlier predictions but has less uncertainty. That made it possible for the team to improve the stability of G by a factor of 10, compared to values derived from studies of the motion of the Moon.
"The study demonstrates how making measurements of planetary orbit changes throughout the solar system opens the possibility of future discoveries about the nature of the Sun and planets, and indeed, about the basic workings of the universe, " said co-author Maria Zuber, vice president for research at MIT.
