При участии учёных ЛЭТИ выяснено, как быстро Солнце теряет свою массу

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, смогли вычислить более точную орбиту Меркурия, в которой учтена не только общая теория относительности Эйнштейна, но и потеря Солнцем до 1 десятитриллионной доли своей массы в год, из-за излучения энергии в пространство и солнечного ветра. Кроме того, мы обнаружили, что ось вращения ядра Солнца не совпадает с видимой осью вращения внешних слоёв Солнца».

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).

Работа велась в русле научно-исследовательской политики программы развития СПбГЭТУ «ЛЭТИ» «Приоритет 2030».