Zaskakujące odkrycie: Ziemia nie krąży wokół Słońca?

Gdy mowa o rewolucji kopernikańskiej skupiamy się na kwestii zatrzymania Słońca, a poruszenia Ziemi, jak to potocznie określa się zmianę sposobu myślenia, którą zaszczepił w ludziach nauki Mikołaj Kopernik. Dziś wiemy, że Słońce nie jest nieruchome, bo wraz z Układem Słonecznym obiega centrum Drogi Mlecznej wykonując jeden obrót w ciągu około 250 milionów lat.

Jednak i z perspektywy Układu Słonecznego nasza dzienna gwiazda nie jest całkowicie nieruchoma, a wszystko jest konsekwencją niezaniedbywalnej masy planet, szczególnie Jowisza, którego masa jest „tylko” tysiąc razy mniejsza od masy Słońca. Dla porównania, Ziemia jest 330 tysięcy razy mniej masywna.

Słońce i Jowisz, porównanie rozmiarów. A Ziemia? Też jest na tym obrazku. (fot: NASA)

Kopernik miał rację uznając ruch Słońca za mało istotny w perspektywie Układu Słonecznego, jednakże nie uwzględniając mas planet jak i fizyki opisującej ruch ciał niebieskich (Jan Kepler jak i Izaak Newton urodzili się już po śmierci Kopernika) dokonał tej korekty zbyt mocno.

Ważny jest środek, ale musi to być środek ciężkości

Słynnemu greckiemu uczonemu Archimedesowi przypisuje się powiedzenie - dajcie mi punkt podparcia, a podniosę Ziemię. To sformułowanie przytaczane bywa na lekcjach fizyki, gdy mowa o zagadnieniu środka ciężkości. Jest on istotny, gdy rozpatrujemy układ ciał i ich wzajemny ruch powiązany z siłami grawitacji. Prawdą, którą potrafimy zapomnieć, w obliczu ogromu Słońca i jego masy, jest fakt, że nawet w Układzie Słonecznym działa zasada - układ ciał, które poruszają się względem siebie, obiega punkt, który jest środkiem masy tego układu. W astronomii ten punkt nazywa się barycentrum.

Słońce i planety stanowią największy wkład do ogólnej masy Układu Słonecznego. (fot: NASA/JPL)

Brak tożsamości barycentrum i środka jednego z ciał niebieskich najłatwiej zauważyć, gdy mowa o układach gwiazd. Tam nawet jeśli ich masy są różne, są na tyle duże w obu przypadkach, że nietrudno mówić o ruchu wokół środka masy, który leży gdzieś pomiędzy tymi gwiazdami. Czy jednak w Układzie Słonecznym takie barycentrum także znajduje się w przestrzeni kosmicznej poza Słońcem? Okazuje się, że tak może być. I co ciekawe położenie środka masy Układu Słonecznego ulega ciągłym zmianom.

Co obiegają planety w Układzie Słonecznym?

Gdyby Układ Słoneczny składał się tylko z Ziemi i Słońca, to środek ciężkości takiego układu znajdowałby się bardzo blisko centrum Słońca. Praktycznie w jego środku i twierdzenie, że Ziemia obiega Słońce w Układzie Słonecznym miałoby jak najbardziej sens. Ziemia musiałaby znaleźć się ponad 200 miliardów kilometrów od Słońca, by barycentrum takiego układu wypadało poza wnętrzem Słońca. Jednak Ziemia to tylko jedno z wielu ciał, na dodatek nie najmasywniejsze. Tym jest Jowisz i gdyby wyznaczyć środek ciężkości, czyli barycentrum Układu Słonecznego z uwzględnieniem tego gazowego giganta, to okaże się, że znajduje się on kilkadziesiąt tysięcy km poza powierzchnią Słońca.

Wszystkie obiekty w Układzie Słonecznym obiegają nie środek Słońca, a punkt, który jest środkiem masy wszystkich ciał niebieskich w tymże układzie. Zwany jest on przez astronomów barycentrum.

Gdy Jowisz i Słońce wzajemnie się okrążają, obiegają właśnie ten punkt w przestrzeni. Gdyby było inaczej nie bylibyśmy w stanie stosować metody pomiaru prędkości radialnych do wykrywania planet pozasłonecznych. Obserwujemy bowiem ruch gwiazdy, a nie wykrywanej planety. Nieruchoma względem miejsca obserwacji gwiazda nie wskazywałaby na istnienie jakichkolwiek planet na orbicie, chyba że te przesłaniałyby tarczę gwiazdy i możliwe byłoby zastosowanie wykrywania techniką obserwacji mikrozaćmień. Jowisz to jednak nie jedyna planeta, bo choć pozostałe mają znacznie mniejszą masę to również mają wkład w położenie barycentrum całego Układu Słonecznego. Jest też wiele innych ciał niebieskich, dlatego ich ruch obiegowy „wokół Słońca” jest dużo bardziej skomplikowany.

Położenie barycentrum Układu Słonecznego na przestrzeni lat względem powierzchni Słońca. (fot: na podstawie Wikipedia/CarlSmith/CC BY-SA3.0)

W praktyce, ze względu na fakt, że ciała niebieskie stale zmieniają pozycję nie tylko względem Słońca, ale też względem siebie i na dodatek poruszają się po orbitach eliptycznych, położenie barycentrum Układu Słonecznego ulega zmianom. Czasem jest wewnątrz Słońca, czasem w jego otoczeniu, ale na pewno nie można mówić, że jest tożsame z centrum naszej dziennej gwiazdy.

Archimedes poruszając temat środka ciężkości, bo o to chodziło w jego stwierdzeniu - umieszczając Ziemię i człowieka wystarczająco daleko od siebie, ten drugi zdoła przeważyć tę pierwszą przy odpowiednim punkcie podparcia - nawiązywał pośrednio również do zagadnienia wzajemnego obiegu ciał niebieskich w Układzie Słonecznym.

Dla laika Słońce wydaje się nieruchomym centrum Układu Słonecznego, a jego ruch po niebie to wynik ruchu Ziemi, obiegowego jak i obrotowego. W przypadku lotów kosmicznych, czy też precyzyjnych wyliczeń pozycji ciał niebieskich, trzeba jednak brać pod uwagę ruch obiegowy wokół barycentrum. Nawet w układzie Ziemia i Księżyc, różnica mas jest na tyle mała, że ruch obu tych ciał odbywa się wokół punktu, który znajduje się około 4700 km od środka Ziemi.

Źródło: inf. własna