行星要怎麼稱體重：除了用探測器靠近以外，還能利用脈衝星

人要稱一下自己體重的話非常簡單，只要往體重秤上一站就行了。而要給行星這樣的龐然大物稱重該怎樣做呢?

顯然用秤是不行的。過去，要準確稱量行星質量就必須發射過去一個探測器才行。探測器從行星旁飛過的時候，軌道是由行星施加給它的引力決定的，根據軌道計算出引力的大小也就可以得到行星的質量了。這種方法顯然不是那麼方便，

最近，天文學家找到了一個新方法，利用脈衝星，人類足不出地球，即可稱量太陽系中各個行星的質量。

脈衝星也不一定準時

脈衝星是一種比較特別的中子星。中子星是大質量恆星死亡後形成的緻密天體，旋轉速度非常快，並有著非常強大的磁場，兩個磁極會發出來強大的無線電波。同地球一樣，中子星磁極的位置也偏離了自轉軸的兩極，於是它們發出的無線電波就如同燈塔發出的探照燈一樣，隨著它的自轉掃過宇宙空間。有的中子星發出的無線電波剛好掃過地球，每旋轉一周就照到地球一次，這樣在地球上看來，像在發出精確的脈衝輻射，這就是脈衝星。

本來脈衝星的無線電信號時間間隔是非常精確的，甚至可以和原子鐘媲美。然而，地球自身在公轉，這種運動就會導致脈衝星信號抵達的時間發生變化。當地球向著脈衝星運動的時候，兩者距離越來越近，信號抵達的時間間隔就會變短，而地球轉過來，開始遠離脈衝星的時候，無線電信號的時間間隔就會越來越長。這樣地球每轉一圈，脈衝星信號的時間間隔也就循環變化一周。

在太陽系的中心

觀察宇宙

我們平時常說地球繞著太陽轉，實際上，地球是在圍繞整個太陽系的質心運動。質心指的就是一個物體或幾個物體組成的系統的質量中心。例如，兩個質量相同的球體，它們的質心就是兩者連線的中心，如果一個球質量比較大，那麼質心就會靠近它那一邊。由於太陽系絕大部分質量都集中在太陽自己身上，所以質心的位置也很接近太陽。既然地球是繞著質心運動的，那如果從太陽系質心上觀察脈衝星，就應該能消除地球轉動帶來的影響，無線電信號抵達時間的間隔也就應該精確不變了。

實際上我們當然不可能站到這個想像中的質心上去觀測，但是只要算出它的位置，根據地球相對於它的速度就可以計算出地球公轉給脈衝信號時間間隔帶來的影響，扣除掉這些影響後，脈衝星信號應該就是精確不變的。但如果這個質心的位置定的不準確，那麼就不能準確地去掉地球公轉的影響，修正後的脈衝星信號間隔依然會隨時間不斷變化。所以，利用脈衝星可以檢驗我們計算的太陽系質心位置是否準確。

質量準確心才能不偏

準確計算太陽系質心，就要知道所有行星在同一時刻的位置，以及它們的質量。如果有哪個行星的質量數據不準確，算出來的質心位置也必然偏離正確位置。質心位置錯了，當然就不能正確修正脈衝星信號，這樣一來這個時間間隔還是會發生變化。

例如在計算的時候採用了錯誤的木星質量，得出的質心位置就會隨著木星運動而發生變化。隨之而來的，修正後得到的脈衝星信號間隔時間也會隨著木星位置變化而改變。木星公轉一周的時間是12年，脈衝星信號間隔時間就會也按照12年的周期循環變化。如果是其他行星質量不準確，也會帶來周期與其公轉時間相同的變化。

反過來看，如果修正後的脈衝星信號存在固定周期微小的變化，根據周期即可確定是哪個行星的質量計算存在問題。然後調整質量的大小，使得這種變化消失，這時候的質量也就是行星的真正質量了。

絕不缺斤少兩

天文學家分析了3個大型射電望遠鏡，包括直徑305米的阿雷西博望遠鏡，在5到20年間對4顆脈衝星的觀測數據。然後採用前面所說的方法計算出了水星、金星、火星、木星和土星的質量。以木星為例，新方法得到的質量是太陽質量的0.0009547921倍，這要比過去先鋒號和旅行者號得到的質量更精確，但比最新的伽利略探測器得到的質量數據要差一些。

脈衝星測量行星質量的方法有一個特殊的優點，因為其原理是行星對於太陽系質心的影響，所以計算出的質量實際上是行星加上它的衛星、光環等的總質量。而探測器靠近行星所能測量的都是行星自己的質量。新方法是第一個可以不遺漏衛星等天體，測出整個行星系統質量的方法。

其實脈衝星信號還有個與此類似的用處，就是可以用來探測引力波。引力波是時空的波動，如果脈衝星和我們之間有引力波通過，空間本身會發生波動，無線電信號抵達地球所經歷的時間就會隨之波動，我們接收到脈衝星信號的時間間隔就會改變。不過這種變化非常微弱，要辨別出來比較困難，所以還不能做到像測量行星質量一樣實際運用。

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