С помощью улучшенной динамической модели Солнечной системы совместное с ИПА РАН исследование позволило подтвердить теорию относительности Эйнштейна, выявить новые факты о гравитации Солнца, а также установить более точную орбиту Меркурия.
Общая теория относительности (ОТО) – это научная теория, предложенная физиком Альбертом Эйнштейном в 1915 году, которая описывает гравитацию как результат искривления четырёхмерного пространства-времени под действием массивных объектов. Чтобы расширить понимание Вселенной и создать более точные и эффективные инструменты для дальнейших исследований в физике элементарных частиц и космологии, учёные продолжают вести работы, доказывающие достоверность данной научной теории.
Такой массивный объект, как Солнце, позволяет проверять предсказания ОТО на уровне, недоступном в земных лабораториях. С помощью него можно, например, определить искривление пространства-времени гравитацией, что позволит объяснить движение планет вокруг него.
Важнейшей для таких экспериментов является ближайшая к Солнцу планета – Меркурий и высокоточные данные её расстояния от Земли. В 1980-1990-х гг. радарные наблюдения Меркурия давали точность дальности порядка 1-2 км, тогда как радиотехнические наблюдения космического аппарата MESSENGER, полученные в 2011-2014 гг., имеют точность порядка 1 м. Космический аппарат BepiColombo, который выйдет на орбиту Меркурия в следующем году, позволит получить данные сантиметровой точности.
«С помощью усовершенствованной динамической модели Солнечной системы мы совместно с Институтом прикладной астрономии РАН подтвердили общую теорию относительности Эйнштейна. Данное исследование также попутно помогло получить важные для изучения Вселенной результаты, касаемые Меркурия и Солнца. Во-первых, мы смогли установить более точную орбиту Меркурия, чем те, что получали с помощью предыдущих моделей, и рассчитать с большей точностью явления, наблюдаемые при скоростях тел, сравнимых со скоростью света. Во-вторых, мы выяснили, что Солнце при излучении своей энергии в пространство теряет миллиардные доли в год своего веса. И, в-третьих, нами выявлен новый факт о ее гравитации: ось, вдоль которой Солнце сжато, не совпадает с видимой осью его вращения», – рассказал доцент кафедры алгоритмической математики СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Дмитрий Алексеевич Павлов.
В модели движения Меркурия вокруг Солнца, разработанной и постоянно развивающейся в ИПА РАН, имеются разные аспекты, начиная от теории вращения Земли до далёких транснептуновых объектов – небесных тел Солнечной системы, орбиты которых находятся за орбитой Нептуна. Также в модели учитываются и тонкие релятивистские эффекты – дополнительные ускорения, не объясняющиеся законами Ньютона. Один из таких эффектов – эффект Лензе-Тирринга, возникающий вблизи массивных вращающихся тел (например, Солнца). Он, как и всё в небесной механике, ослабевает с расстоянием, соответственно он наиболее заметен на движении Меркурия.
Поскольку Солнце имеет форму сплюснутого эллипсоида, это влияет на его гравитационные свойства. В отличие от идеального шара, где гравитация одинакова во всех направлениях и зависит только от расстояния до центра, у Солнца она варьируется из-за его формы. Гравитационное притяжение Солнца к планетам зависит от угла, который линия, соединяющая Солнце и планету, образует с плоскостью солнечного экватора. Аналогично, если взять Землю, то она вращается вокруг своей оси и имеет экватор. Её можно представить как почти сферическую, но она немного сплюснута, и ось этого сжатия проходит через её полюса. При расчёте гравитации Земли, Солнца и Луны учитывается эта сплюснутая форма.
Исследователи из ЛЭТИ и ИПА РАН с помощью улучшенной модели изучили гравитационные свойства Солнца и обнаружили, что ось, вдоль которой сжато ядро Солнца, не совпадает с видимой осью вращения Солнца, наблюдаемого через движение солнечных пятен. Это открытие может дать больше информации о внутреннем устройстве Солнца, его происхождении и процессах, происходящих внутри него. Наша звезда имеет множество неразгаданных современной наукой тайн: происхождение магнитных полей на Солнце, происхождение корональных выбросов массы, высокая температура солнечной короны.
Развитие высокоточной модели Солнечной системы важно не только для фундаментальной науки, но и для планирования движения космических аппаратов на орбите Земли и в дальнем космосе.
Результаты исследования представлены в научном журнале Universe (Q2). Работа Д.А. Павлова финансирована Российским научным фондом (проект № 24-22-00391).
Информация взята с портала «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/)
