Mercury Membantu Mengungkapkan Rahasia Matahari yang Berumur Tengah Kita

Sekitar 4,56 miliar tahun yang lalu, Tata Surya kita lahir dari relik, fragmen-fragmen sisa yang ditinggalkan oleh tungku-tungku nuklir yang sudah lama mati dan mati dari generasi sebelumnya dari bintang-bintang kuno. Saat ini, Matahari kita adalah ruang yang sepi dari gas yang bergolak, melotot, sebagian besar gas hidrogen, tetapi mungkin tidak selalu sama seperti sekarang. Memang, matahari kita diduga telah terlahir sebagai anggota yang padat klaster bintang terbuka–bersama dengan ribuan bintang saudara berkilau lainnya – yang terbentuk dari gumpalan yang dingin dan padat, tertanam di dalam salah satu dari banyak raksasa, dingin, dan gelap awan molekuler yang mengapung seperti hantu di seluruh Galaksi Bima Sakti kita. Matahari kita adalah bintang setengah baya, dan pada usia hampir 5 miliar tahun, ia masih memiliki sekitar 5 miliar tahun lagi sebelum kehabisan bahan bakar nuklir dan binasa – bintang, seperti manusia, tidak hidup selamanya. Pada Januari 2018, sebuah tim astronom dari NASA dan Massachusetts Institute of Technology (MIT) mengumumkan bahwa mereka secara tidak langsung mengukur kehilangan massa Matahari dan parameter surya lainnya dengan mempelajari perubahan dalam orbit planet utama terdalam, Merkurius.

Orbit dari delapan planet utama Tata Surya kita sedang meluas. Hal ini terjadi karena pegangan gravitasi Matahari yang kuat perlahan melemah ketika Bintang kita bertambah tua dan kehilangan sebagian massanya. Nilai-nilai baru yang diperoleh oleh NASA dan ilmuwan MIT memperbaiki prediksi sebelumnya dengan mengurangi jumlah ketidakpastian. Ini sangat penting untuk menghitung tingkat kehilangan massa matahari karena terikat ke dalam stabilitas G, yang konstanta gravitasi. Meskipun G dianggap angka tetap, apakah itu benar-benar konstan tetap merupakan pertanyaan yang belum terjawab dalam fisika.

"Mercury adalah benda uji yang sempurna untuk eksperimen ini karena sangat sensitif terhadap efek gravitasi dan aktivitas Matahari," komentar Dr. Antonio Genova pada 18 Januari 2018. Siaran Pers NASA. Dr Genova adalah penulis utama dari penelitian yang diterbitkan di Komunikasi Alam dan seorang peneliti di MIT, yang bekerja di NASA Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard (GSFC) di Greenbelt, Maryland.

Memang, Merkurius sangat sensitif terhadap efek gravitasi dan aktivitas Bintang kita yang telah digunakan untuk menetapkan bukti pengamatan untuk Albert Einstein Teori Relativitas Umum (1915). Tiga tes pertama, yang diajukan oleh Einstein pada tahun 1915, berkaitan dengan presesi "anomali" perihelion (saat itu paling dekat dengan Matahari kita) Merkurius, lengkung dan lentur cahaya perjalanan. (lensa gravitasi) di bidang gravitasi, dan pergeseran merah gravitasi. Kadang-kadang secara alternatif disebut Einstein bergeser, yang pergeseran merah gravitasi adalah proses di astrofisika di mana radiasi elektromagnetik, yang berasal dari sumber yang berada di medan gravitasi, berkurang dalam frekuensi (Redshifted) ketika diamati di suatu wilayah dengan potensi gravitasi yang lebih tinggi. Ini adalah hasil langsung dari gravitasi pelebaran waktu. Pelebaran waktu gravitasi pada dasarnya berarti bahwa jika seseorang berada di luar sumber gravitasi yang terisolasi, laju waktu meningkat seiring pengamat bergerak menjauh dari sumber itu.

Presesi Merkurius sudah dikenal pada tahun 1915; percobaan mengungkapkan lentur cahaya yang memvalidasi prediksi Relativitas umum datang pada tahun 1919 – dengan peningkatan pengukuran presisi yang dilakukan dalam tes selanjutnya. Pengukuran astrofisika atas pergeseran merah gravitasi diklaim untuk diukur pada tahun 1925. Namun, pengukuran cukup sensitif untuk benar-benar mengkonfirmasi teori tidak dilakukan sampai 1954. Program tes yang lebih akurat dimulai pada tahun 1959, dan ini menguji berbagai prediksi Relativitas umum dengan tingkat akurasi yang lebih tinggi dalam batas bidang graviasi yang lemah. Penyimpangan yang mungkin sangat terbatas dari teori ini.

Seperti planet Venus, Merkurius melingkari Bintang kita di dalam orbit Bumi sebagai planet inferior, dan tidak pernah bergerak lebih jauh dari 28 derajat. Ketika Merkurius diamati dari Bumi, jarak yang dekat dengan Matahari kita berarti bahwa planet ini hanya dapat diamati ketika dekat dengan ufuk barat atau timur, pada pagi hari atau awal malam. Selama fajar dan senja, Merkurius muncul sebagai objek langit pagi atau sore yang cemerlang. Meskipun demikian, seringkali jauh lebih sulit untuk diamati daripada Venus. Merkurius menampilkan serangkaian fase yang lengkap, yang mirip dengan Venus dan Bulan Bumi, ketika ia bergerak di orbit dalam relatif terhadap planet kita sendiri. Ini terus terjadi selama apa yang disebut periode sinodik setiap 116 hari.

Merkurius dikunci secara gravitasi ke Matahari dalam resonansi spin-orbit 3: 2 – dan berputar dengan cara yang unik di Tata Surya kita. Ketika Merkurius diamati relatif terhadap bintang-bintang tetap, ia berputar pada sumbunya tepat tiga kali untuk setiap dua orbit yang terjadi di sekitar Matahari kita. Seperti yang terlihat dari Bintang kami, dalam kerangka acuan yang berputar dengan gerakan orbital, Merkurius tampaknya berputar hanya sekali setiap dua tahun Mercurian. Karena alasan ini, seorang pengamat di Mercury hanya akan menyaksikan satu hari setiap dua tahun.

Di perihelion, Merkurius hanya berjarak sekitar 46.000.000 kilometer dari Matahari kita, sementara di aphelionnya (saat terjauh dari Matahari), jaraknya 70.000.000 kilometer dari Matahari. Ekstrim orbital ekstremitas Merkurius, dalam kombinasi dengan tingkat rotasi tiga kali dalam dua tahun Mercurian, menyebabkan beberapa hal yang sangat aneh terjadi. Misalnya, pada garis bujur tertentu, pengamat yang berdiri di permukaan Merkurius akan menyaksikan matahari terbit dan kemudian secara bertahap tumbuh semakin besar, karena itu membuat perjalanan panjangnya menuju titik tertinggi di langit. Pada saat yang sama, bintang-bintang yang banyak sekali akan naik tiga kali lebih cepat dalam penerbangan mereka melintasi langit Merkurius. Seorang pengamat, berdiri di permukaan Merkurius di perihelion, akan melihat Matahari yang muncul lebih dari tiga kali lebih besar daripada yang ada di Bumi.

Rahasia Surya

Matahari kita, dan ribuan bintang gemerlapnya jika berkilau, lahir dalam gumpalan padat yang tertanam di dalam lipatan dingin yang bergelombang, raksasa awan molekuler. Gumpalan padat ini akhirnya runtuh di bawah tarikan tak kenal ampun gravitasi sendiri untuk melahirkan bayi baru Sun. Dalam kedalaman rahasia ini luas, dingin awan molekuler, terdiri dari gas dan debu, sulur-sulur halus dari bahan bergabung dan mengumpul selama ratusan ribu tahun. Kemudian, diperas bersama-sama oleh tekanan gravitasi yang menghancurkan, atom hidrogen dalam gumpalan padat ini tiba-tiba dan secara dramatis melebur. Proses ini menyalakan api bintang bayi – dan bayi kami Sun tidak terkecuali. Api bintang ini akan bertahan selama "hidup" Matahari kita. Inilah bagaimana bintang-bintang dilahirkan.

Bintang yang secara kimia sama umumnya ditemukan dalam awan yang sama pada waktu yang hampir bersamaan. Star-birth telah dibandingkan dengan cara popcorn di popper berperilaku. Saat pot memanas–pop, pop, pop–bintang bayi kecil dilahirkan.

Semua bintang-bintang (termasuk Matahari kita) dilahirkan dengan cara ini – melalui keruntuhan gravitasi gumpalan padat yang tertanam di dalam pusaran, berputar-putar dari raksasa, gelap awan molekuler. Awan-awan hantu dan indah seperti itu melayang melalui Milky Way Galaxy dalam jumlah besar, dan mereka tersebar di seluruh ruang antara bintang-bintang. Ini membuai bintang juga mengandung sisa-sisa generasi tua bintang yang sudah lama hilang. Semua unsur atom yang lebih berat daripada helium terbentuk di hati panas membakar bintang-bintang Universe atau, alternatifnya, dalam ledakan supernova yang mengharukan kematian bintang masif. (nukleosintesis supernova). Bintang-bintang memasak, di inti-inti nuklirnya yang mendidih, elemen-elemen atom yang semakin berat dan lebih berat dari yang lebih ringan. (nukleosintesis bintang). Kelahiran Big Bang Alam Semesta, yang diduga telah terjadi hampir 14 miliar tahun yang lalu, hanya menghasilkan hidrogen, helium, dan jejak litium. (Nukleosintesis Big Bang). Secara harfiah, semua elemen atom yang lebih berat – disebut logam oleh para astronom – diproduksi di hati bintang-bintang yang panas, atau dalam kematian bintang-bintang besar. Bintang-birthing gelap awan molekuler mengandung "abu" dari bintang yang lebih tua, dan unsur-unsur atom berat yang baru dipalsukan ini ditakdirkan untuk didaur ulang dalam api generasi muda bintang-bintang bayi baru yang cemerlang, yang lahir dalam lipatan-lipatan berputar dari awan kelahiran mereka.

Hari ini, Matahari kita menikmati kehidupan yang aktif dan cemerlang. Tapi, seperti bintang-bintang, tidak ada yang istimewa tentang hal itu. Ada delapan planet besar dan bermacam-macam bulan dan objek lain dalam keluarga Sun kami, yang terletak di pinggiran luar galaksi spiral yang khas, meskipun megah, bintang-litil – Bima Sakti kami. Jika mungkin untuk melacak sejarah atom, saat ini berada di Bumi, sekitar 7 miliar tahun atau lebih, kita mungkin akan menemukan mereka tersebar di seluruh Bima Sakti kita. Beberapa atom yang tersebar luas ini sekarang terkandung dalam untaian tunggal material genetik (DNA) Bumi, meskipun pada zaman kosmologis kuno mereka terbentuk jauh di dalam kedalaman tersembunyi bintang asing – yang telah lama mati – sedang berdiam di Galaxy masa muda kita.

Sekitar 5 miliar tahun, atau lebih, Matahari kita akan memulai pergolakan kematiannya. Bintang "massa" Matahari kita hidup sekitar 10 miliar tahun. Bintang paruh baya, seperti Matahari kita, masih cukup melonjak untuk membekukan hidrogen di jantungnya yang panas dengan cara proses fusi nuklir. Ketika matahari kita, dan bintang-bintang serupa, akhirnya mulai menghabiskan persediaan mereka yang diperlukan peleburan nuklir bahan bakar, penampilan mereka berubah. Mereka sekarang adalah warga senior bintang dari Cosmos. Matahari kita yang sudah tua akan menjadi bengkak, mengerikan, merah tua bintang raksasa merah, yang akan cukup membengkak untuk menelan Merkurius pertama, kemudian Venus, sebelum (mungkin) mengkanibal Bumi. Akhirnya, Matahari kita akhirnya akan melepaskan lapisan gas luarnya, sementara intinya tetap utuh. Semua materi Matahari kita pada akhirnya akan runtuh ke dalam tubuh relikui kecil ini yang hanya seukuran Bumi kita. Dengan cara ini, Matahari kita akan mengalami perubahan laut menjadi sejenis hantu bintang yang disebut a bintang katai putih. Yang baru katai putih akan dikelilingi oleh cangkang beraneka warna yang indah dari gas beraneka warna yang disebut a nebula planetary. Benda-benda indah ini – kadang-kadang disebut sebagai "kupu-kupu" dari Cosmos – diberi nama ini oleh para astronom yang awalnya berpikir bahwa mereka memiliki kemiripan dengan planet luar raksasa Uranus dan Neptunus. SEBUAH katai putih memancarkan energi dari kehancurannya, dan umumnya terdiri dari inti karbon dan oksigen yang mengambang di lautan aneh dari elektron yang berdegenerasi. Itu Persamaan negara untuk materi yang merosot adalah "lunak". Ini berarti bahwa kontribusi massa tambahan ke tubuh hanya akan menghasilkan lebih kecil katai putih. Terus menambahkan lebih banyak dan lebih banyak massa ke a katai putih hanya akan membuatnya semakin menyusut – dan untuk kepadatan pusatnya tumbuh lebih besar. Radius bintang-hantu akhirnya akan menyusut menjadi hanya beberapa ribu kilometer. Karena itu, a katai putih Bintang, seperti Matahari kita ditakdirkan untuk menjadi, ditakdirkan untuk menjadi semakin dingin dengan berlalunya waktu.

Pada akhirnya, Bintang kami kemungkinan akan berubah menjadi objek yang disebut a kerdil hitam. Bintang katai hitam masih dianggap objek hipotetis karena umumnya berpikir bahwa tidak ada yang ada di Cosmos– kaminamun. Ini karena dibutuhkan ratusan miliar tahun untuk a katai putih untuk akhirnya mendinginkan diri kerdil hitam panggung, dan Cosmos kami berusia 13,7 miliar tahun. Pendinginan katai putih pertama akan memancarkan cahaya kuning, kemudian lampu merah, karena terus menarik dari reservoir energi panas bintang yang masih ada. Nukleus atomnya akhirnya akan dihimpit dengan kuat sekuat mungkin secara fisik. Pada tahap ini, tidak ada keruntuhan lebih lanjut. Tubuh peninggalan ditakdirkan untuk terus tumbuh semakin dingin, dan lebih dingin, dan lebih dingin, sampai menjadi suhu yang persis sama dengan ruang luar angkasa yang sangat dingin di antara bintang-bintang, tempat ia berdiam. SEBUAH kerdil hitam tidak memancarkan cahaya sama sekali. Pada fase terakhir evolusi bintang, sebagai kaya karbon-oksigen kerdil hitam, Hantu Sun kami yang mati akan terus menghantui Bima Sakti. Mungkin, pada suatu saat selama perjalanan panjangnya, ia akan bertemu dengan yang lain, dingin, gelap, besar awan molekuler, sangat mirip dengan yang darinya lahir. Mungkin, jika ini terjadi, Matahari kita akan kembali menjadi bagian dari proses hebat dan indah yang akan melahirkan bintang bayi baru – dengan semua kemungkinannya yang luar biasa.

Mercury Membantu Mengungkapkan Rahasia Matahari yang Berumur Tengah Kita

Studi yang dilakukan oleh NASA dan para astronom MIT dimulai dengan meningkatkan diagram Merkurius ephemeris–yang merupakan grafik posisi planet di langit Bumi seiring berjalannya waktu. Untuk melakukan ini, para ilmuwan menarik data pelacakan radio yang memantau lokasi NASA Permukaan Merkurius, Lingkungan Luar Angkasa, Geokimia, dan Mulai (KURIR) pesawat ruang angkasa sementara misi masih aktif. Pesawat ruang angkasa robotik ini membuat tiga flybys of Mercury pada tahun 2008 dan 2009 dan mengitari planet ini dari Maret 2011 hingga April 2015. Para ilmuwan mempelajari data mundur, dan menganalisis perubahan halus dalam gerakan Merkurius, sebagai cara belajar tentang Matahari dan bagaimana fisiknya parameter mempengaruhi orbit planet.

Astronom telah mempelajari gerakan Merkurius selama berabad-abad, memberikan perhatian khusus pada perihelionnya. Pengamatan yang dilakukan sejak lama menunjukkan bahwa perihelion berubah seiring waktu (presesi). Meskipun tarikan gravitasi planet lain di akun Tata Surya kita untuk sebagian besar Merkurius presesi, mereka gagal menjelaskan semua tentang itu.

Kontribusi terbesar kedua bagi Merkurius presesi berasal dari Warpage Spacetime di sekitar matahari kita. Ini adalah hasil dari gravitasi Star kita sendiri, yang dijelaskan dalam Einstein Teori Relativitas Umum. Keberhasilan Relativitas umum dalam menjelaskan sebagian besar sisa Merkurius presesi inilah yang akhirnya meyakinkan para astronom bahwa teori Einstein benar.

Kontribusi lain, jauh lebih kecil untuk Merkurius presesi, dikaitkan dengan struktur internal dan dinamika Matahari kita. Misalnya, salah satu kontribusi yang lebih kecil adalah oblateness Star kami. Ini adalah ukuran dari seberapa banyak tonjolan Matahari kita di tengah. Untuk membayangkan hal ini, bayangkan perut yang menggelembung – yang tampak seperti tabung dalam – di sekitar pinggang pelahap yang tidak aktif. Bentuk ini, tentu saja, berbeda dari bola yang sempurna. Para ilmuwan memperoleh perkiraan yang lebih baik dari oblatenitas Star kami yang terbukti konsisten dengan jenis penelitian lain.

Para astronom juga mampu memisahkan beberapa parameter matahari dari efek relativistik. Ini adalah sesuatu yang belum dicapai oleh studi sebelumnya yang didasarkan pada ephemeris data. Para peneliti kemudian melanjutkan untuk mengembangkan teknik baru yang secara bersamaan dapat memperkirakan dan mengintegrasikan orbit kedua Merkurius dan KURIR. Teknik baru menghasilkan solusi komprehensif yang mencakup kuantitas terkait dengan efek relativistik, serta evolusi interior Matahari kita.

"Kami membahas pertanyaan-pertanyaan yang lama dan sangat penting baik dalam fisika dasar dan ilmu matahari dengan menggunakan pendekatan ilmu-planet. Dengan menggunakan masalah-masalah ini dari perspektif yang berbeda, kita dapat lebih percaya diri dalam angka-angka … dan dapat pelajari lebih lanjut tentang interaksi antara Matahari dan planet-planet, "komentar Dr. Erwan Mazarico pada 18 Januari 2018 Siaran Pers NASA. Dr Mazarico adalah ahli geofisika di GSFC.

Perkiraan baru para ilmuwan tentang tingkat kehilangan massa matahari penting karena mewakili salah satu dari kali pertama nilai ini telah dibatasi berdasarkan pengamatan, bukan perhitungan teoretis. Dari studi teoritis, para ilmuwan sebelumnya memperkirakan tingkat kehilangan massa matahari sepersepuluh persen dari massa matahari selama rentang waktu 10 miliar tahun. Jangka waktu ini cukup untuk mengurangi tarikan gravitasi bintang dan memungkinkan orbit planet-planet menyebar ke luar sekitar setengah inci – atau 1,5 cm setiap tahun per satuan astronomi (AU). Satu AU sama dengan jarak rata-rata antara Bumi dan Matahari yang berjarak sekitar 93.000.000 mil.

Nilai yang baru diperoleh ini sedikit lebih rendah dari prediksi sebelumnya tetapi memiliki ketidakpastian yang lebih sedikit – yang memungkinkan bagi para ilmuwan untuk meningkatkan stabilitas G dengan faktor 10, bila dibandingkan dengan nilai-nilai yang berasal dari studi tentang gerak Bulan Bumi.

Rekan penulis penelitian, Dr. Maria Zuber, dicatat pada 18 Januari 2018 Siaran Pers NASA bahwa "Studi ini menunjukkan bagaimana membuat pengukuran perubahan orbit planet di seluruh Tata Surya membuka kemungkinan penemuan masa depan tentang sifat Matahari dan planet, dan memang, tentang kerja dasar alam semesta." Zuber adalah wakil presiden untuk penelitian di MIT.