La proximité de Mercure avec le Soleil et sa petite taille le rendent extrêmement sensible à la dynamique du Soleil et à son attraction gravitationnelle. Crédit :NASA/SDO
Comme la ceinture d'une patate de canapé dans la quarantaine, les orbites des planètes de notre système solaire sont en expansion. Cela se produit parce que l'emprise gravitationnelle du Soleil s'affaiblit progressivement à mesure que notre étoile vieillit et perd de la masse. Maintenant, une équipe de scientifiques de la NASA et du MIT a indirectement mesuré cette perte de masse et d'autres paramètres solaires en examinant les changements de l'orbite de Mercure.
Les nouvelles valeurs améliorent les prédictions antérieures en réduisant le degré d'incertitude. C'est particulièrement important pour le taux de perte de masse solaire, car c'est lié à la stabilité de G, la constante gravitationnelle. Bien que G soit considéré comme un nombre fixe, savoir si c'est vraiment constant reste une question fondamentale en physique.
"Le mercure est l'objet de test parfait pour ces expériences car il est si sensible à l'effet gravitationnel et à l'activité du Soleil, " dit Antonio Genova, l'auteur principal de l'étude publiée dans Communication Nature et un chercheur du Massachusetts Institute of Technology travaillant au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland.
L'étude a commencé par améliorer les éphémérides cartographiées de Mercure, la carte routière de la position de la planète dans notre ciel au fil du temps. Pour ça, l'équipe s'est appuyée sur des données de suivi radio qui surveillaient l'emplacement du vaisseau spatial MESSENGER de la NASA pendant que la mission était active. Abréviation de Mercure Surface, Environnement spatial, Géochimie, et gamme, le vaisseau spatial robotique a effectué trois survols de Mercure en 2008 et 2009 et a fait le tour de la planète de mars 2011 à avril 2015. Les scientifiques ont travaillé à rebours, analyser les changements subtils du mouvement de Mercure comme moyen d'en apprendre davantage sur le Soleil et sur la façon dont ses paramètres physiques influencent l'orbite de la planète.
Depuis des siècles, les scientifiques ont étudié le mouvement de Mercure, en accordant une attention particulière à son périhélie, ou le point le plus proche du Soleil pendant son orbite. Il y a longtemps, des observations ont révélé que le périhélie se déplace avec le temps, appelé précession. Bien que les remorqueurs gravitationnels d'autres planètes expliquent la plus grande partie de la précession de Mercure, ils ne rendent pas compte de tout.
La deuxième contribution la plus importante vient de la déformation de l'espace-temps autour du Soleil en raison de la propre gravité de l'étoile, qui est couvert par la théorie de la relativité générale d'Einstein. Le succès de la relativité générale dans l'explication de la majeure partie de la précession restante de Mercure a aidé à persuader les scientifiques que la théorie d'Einstein était juste.
Les scientifiques de la NASA et du MIT ont analysé les changements subtils du mouvement de Mercure pour en savoir plus sur le Soleil et sur la façon dont sa dynamique influence l'orbite de la planète. La position de Mercure au fil du temps a été déterminée à partir des données de suivi radio obtenues pendant que la mission MESSENGER de la NASA était active. Crédit :Goddard Space Flight Center de la NASA
Autre, contributions beaucoup plus faibles à la précession de Mercure, sont attribuées à la structure intérieure et à la dynamique du Soleil. L'un d'eux est l'aplatissement du Soleil, une mesure de combien il se gonfle au milieu - sa propre version d'un "pneu de secours" autour de la taille - plutôt que d'être une sphère parfaite. Les chercheurs ont obtenu une estimation améliorée de l'aplatissement qui est cohérente avec d'autres types d'études.
Les chercheurs ont pu séparer certains des paramètres solaires des effets relativistes, quelque chose qui n'a pas été accompli par des études antérieures qui s'appuyaient sur des données d'éphémérides. L'équipe a développé une nouvelle technique qui a estimé et intégré simultanément les orbites de MESSENGER et de Mercure, conduisant à une solution globale qui inclut des quantités liées à l'évolution de l'intérieur du Soleil et aux effets relativistes.
« Nous abordons des questions de longue date et très importantes à la fois en physique fondamentale et en science solaire en utilisant une approche de science planétaire, " a déclaré le géophysicien Goddard Erwan Mazarico. " En abordant ces problèmes sous un angle différent, nous pouvons gagner plus de confiance dans les chiffres, et nous pouvons en apprendre davantage sur l'interaction entre le Soleil et les planètes."
La nouvelle estimation de l'équipe du taux de perte de masse solaire représente l'une des premières fois que cette valeur a été limitée sur la base d'observations plutôt que de calculs théoriques. A partir des travaux théoriques, les scientifiques avaient prédit auparavant une perte d'un dixième de pour cent de la masse du Soleil sur 10 milliards d'années; cela suffit pour réduire l'attraction gravitationnelle de l'étoile et permettre aux orbites des planètes de s'étendre d'environ un demi-pouce, ou 1,5 centimètre, par an par UA (une UA, ou unité astronomique, est la distance entre la Terre et le Soleil :environ 93 millions de miles).
La nouvelle valeur est légèrement inférieure aux prévisions précédentes, mais comporte moins d'incertitude. 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.
