© Claus Lunau/ESA/Shutterstock

Astronomer mäter och väger rymden

Med nya tekniker kan solsystemets avstånd, massor och hastigheter mätas med långt större precision. Se exempelvis hur astronomer använder ljusglimtar från avlägsna pulsarer för att väga även små asteroider.

Radiosignaler mäter avstånd

Utifrån omloppstiden har astronomerna räknat ut planeternas avstånd till solen. Genom att skicka ut rymdsonder kan de nu även bestämma avståndet till små objekt i solsystemets mest avlägsna delar.

2019 passerade rymdsonden New Horizons solsystemets hittills mest avlägsna objekt, asteroiden Ultima Thule. Genom att skicka radiosignaler mellan sonden och jorden kunde forskarna räkna ut att Ultima Thule befinner sig 6,47 miljarder kilometer bort.

Kunskaperna om himlakropparnas positioner är avgörande för att vi ska kunna navigera i rymden och exempelvis resa till Mars.

Radiosignaler mellan en rymdsond och teleskop på jorden mäter avståndet till en avlägsen asteroid.

© Oliver Larsen

1. Teleskop sänder en signal

Radioteleskop placerade i Australien, Spanien och USA (det så kallade Deep Space Network) kommunicerar med sonden New Horizons strax innan den passerar Ultima Thule i solsystemets utkant. För att mäta ­avståndet sänder teleskopen en kodad radiosignal till sonden.

© NASA

2. Rymdsonden skickar tillbaka ett svar

Cirka sex timmar senare registrerar New Horizons signalen med hjälp av sin 2,1 meter breda antenn. Med en fördröjning på bara några hundra nanosekunder skickar New Horizons tillbaka ett svar.

© NASA

3. Signalens restid ­visar avståndet

Radioteleskopen på jorden registrerar den svaga signalen. Eftersom vågorna färdas i ljusets hastighet kan avståndet till Ultima Thule beräknas utifrån den tid som passerar innan signalen återvänder till jorden.

Pulsarblinkningar avslöjar massa

Normalt måste astronomerna skicka ut en sond till ett objekt för att mäta dess massa. När rymdfarkosten passerar exempelvis en planet, en måne eller en asteroid attraherar objektet farkosten och gravitationen avslöjar objektets massa.

Men forskarna kan nu använda blinkningar från små roterande stjärnor, pulsarer, för att väga även små asteroider utan att behöva lämna jorden. Under de närmaste sju åren ska mätningar av ljuset från 20 pulsarer ge mer exakta massangivelser än vad sonder möjliggör.

Ljuset från avlägset belägna roterande stjärnor avslöjar massan hos små objekt i solsystemet.

© Oliver Larsen

1. Pulsarer blinkar

Pulsarer är små roterande stjärnor som avger radiovågor, ungefär som ljuset från ett fyrtorn. Vågorna färdas genom rymden som extremt regelbundna blinkningar.

© Oliver Larsen

2. Planeterna påverkar pulsarblinkningarna

Ett teleskop på jorden registrerar en pulsarblinkning och forskarna räknar ut när en framtida blinkning kommer att ske. De tar med i beräkningen det faktum att ankomsttiden påverkas av alla planeternas massa.

© Oliver Larsen

3. Oregelbundenhet visar på fel i massan

Om blinkningens ankomst avviker från den beräknade ankomsttiden måste en planet vara registrerad med felaktig massa, exempelvis Ceres. Astronomerna anpassar objektets massa tills blinkningarnas ankomsttid stämmer.

Stjärnor visar solens hastighet

När astronomerna ska mäta den hastighet med vilken solsystemet kretsar runt Vintergatans centrum motsvarar det att sitta i en bil och mäta sin hastighet utan hastighetsmätare.

Bilens hastighet mäts i förhållande till omgivningarna, men astronomerna har inte någon fast punkt att förhålla sig till eftersom hela Vintergatan befinner sig i rörelse.

Men astronomerna har kommit på en listig metod. Solens hastighet kan räknas ut med utgångspunkt i de andra stjärnornas hastighet i förhållande till solen. I exemplet med bilen motsvarar det att räkna ut sin egen hastighet genom att mäta hur snabbt alla de andra bilarna kör i förhållande till dig själv.

För att göra det har astronomerna använt data om 216 201 stjärnor som bland annat upptäckts av Gaiateleskopet.

Andra stjärnors ­hastighet avslöjar solens egenrörelse

/ 5

Tre mätningar avslöjar ­stjärnors hastighet

En stjärnas hastighet genom rymden beräknas med hjälp av tre faktorer: Dess avstånd till solen och två olika hastigheter, tangentialhastigheten (gul) och radialhastigheten (blå). Beräkningar utifrån dessa tre faktorer avslöjar stjärnans hastighet i förhållande till solen, den så kallade rymdrörelsen (röd).

1

Radialhastigheten

är stjärnans hastighet bort från eller mot en iakttagare.

2

Tangentialhastigheten

är stjärnans hastighet vinkelrätt mot avståndet till solen. Den beräknas utifrån stjärnans rörelse över himlen egenrörelse (blå pil).

3

Rymdrörelsen

är stjärnans verkliga hastighet i förhållande till solen.

4

Stjärnor med viss hastighet saknas

Stjärnorna fördelar sig i hastigheter som antingen är långsammare eller snabbare än solen. I en viss hastighet – 240 kilometer per sekund långsammare än solen – finns det knappt några stjärnor alls. Forskarna tolkar det som stjärnor som inte har rört sig. Den tomma platsen i statistiken ger en nollpunkt i förhållande till solen, som visar att solens hastighet är just 240 kilometer per sekund.

5
© Oliver Larsen