Hat GAIA irgendetwas über die Allgemeine Relativitätstheorie gelernt, als sie in die Nähe von Jupiter schaute? (Gerry Gilmore: „Oblate rotierende Masse, die sich in einem tieferen (Sonnen-)Potenzial bewegt“)

Gaia ist der Nachfolger der Hipparcos- Mission, die 1993 deaktiviert wurde. Gaias Ergebnisse sind also Jahrzehnte in der Entwicklung. Das Wort "Gaia" war ursprünglich ein Akronym für "Global Astrometric Interferometer for Astrophysics", aber als der Umfang der wissenschaftlichen Ziele der Mission stark zunahm, wurde dies veraltet und ist jetzt veraltet.

Das Thema Microlensing mit Jupiter hat Gaia-Datensätze lange vorweggenommen , zum Beispiel diese wegweisende Arbeit . In der Gaia-Datenverarbeitung wird die Lichtbeugung mit der postnewtonschen Näherung berücksichtigt, siehe hier . Sie erklären: „Zunächst wird im BCRS die Lichtausbreitung von der Quelle bis zum Ort Gaia in allen Details modelliert, die erforderlich sind, um die erforderliche numerische Genauigkeit von etwa 0,1 μas zu erreichen. Dabei wird der Einfluss des Gravitationsfeldes der Sonne berücksichtigt.“ -System berücksichtigt. Dazu gehört die gravitative Lichtkrümmung durch die Sonne, die großen Planeten und den Mond.“

Ich kann keinen Vorgänger von Gaia finden, der die Fähigkeit hatte, die Lichtbeugung um Jupiter herum einzuschränken. Das ist ein Grund, warum Gaia so einzigartig ist: Es ist die einzige weltraumgestützte aktive Mission (soweit ich das finden kann, könnte ich mich irren!), die versucht, den gesamten Himmel für hochpräzise Astrometrie zu vermessen. Daher ist es (vielleicht) das einzige, das wir derzeit haben, um die Lichtbeugung durch Jupiter zu untersuchen.

Jetzt werde ich versuchen, Ihre Fragen direkt zu beantworten:

Ist es möglich, so nah an etwas so Helles wie Jupiter zu schauen und trotzdem präzise Astrometrie mit GAIA durchzuführen? Wurde dies versucht? Hat es funktioniert?

EDIT: Kurze Antworten: Ja, es ist möglich (und zunehmend plausibler!); es wurde meines Wissens nicht mit voller Strenge versucht; Es wird stark erwartet, dass es funktioniert, da die Mikrolinsenbildung mit Jupiter erfolgreich war, um beispielsweise Exoplaneten zu entdecken.

Tatsächlich ist Jupiter hell , aber es gibt systematische Möglichkeiten, dies in der Gaia-Photometrie zu handhaben. Gaia wird über 350.000 Objekte in unserem Sonnensystem beobachten . Die überwiegende Mehrheit sind Asteroiden des Hauptgürtels, aber dazu gehören auch Monde anderer Planeten, was bedeutet, dass sie dafür die Helligkeit der Planeten selbst berücksichtigen müssten.

Diese Seite beschreibt die Erkennbarkeit von Sternen in der Nähe von Jupiter (relativ zu Gaias Ansicht), wobei „die Erkennbarkeit eine Funktion der Winkelposition des Sterns in Bezug auf Jupiter ist“. Das Bild auf dieser Seite ist hilfreich, das die Nachweisgrenzen „für einen Stern der Größe G = 13,5 zeigt, wenn er sich Jupiter in einem weiten Bereich relativer Ausrichtungen nähert … Jupiter hat eine längliche Form, weil die Gaia-Pixel rechteckig sind, mit einer dreimal kleineren Größe in Richtung der x-Achse. Die gefundenen Nachweisgrenzen für einen Stern mit G = 13,5 in der Nähe von Jupiter liegen zwischen 2" und 4".

Das SOC-Kalibrierungsteam von Gaia entwickelte Kalibrierungswerkzeuge, wobei GEREQ (eine Abkürzung für „Gaia Relativistic Experiment on Jupiter's Quadrupole“, das Gerät an Bord von Gaia, das diese Messungen durchführt) der prototypische Fall ist.

Haben sie „Quadrupol-Lichtkrümmung aufgrund einer „abgeflachten rotierenden Masse, die sich in einem tieferen (Sonnen-)Potential bewegt“ gesehen?

EDIT: Kurze Antwort: Nein, noch nicht :)

Ich habe beide Datenveröffentlichungen überprüft, hier und hier , und sehe keine veröffentlichten Ergebnisse dazu, aber ich bin nicht genau damit vertraut (noch mit ihrem Datenarchiv ) .

Dies ist ein aktives Forschungsgebiet. Zum Beispiel stellt dieses Papier aktuelle Entwicklungen in einem Schätzungs- und Kalibrierungsrahmen vor, wo sie die Sub demonstrieren$\mu$As-Level-Stabilität "eines lokalen Referenzrahmens, der aus einigen Dutzend Vergleichssternen besteht, die den hellen Zielstern umgeben, von dem erwartet wird, dass er aufgrund seiner Nähe zu Jupiters Rand einen großen Wert für die relativistische Lichtablenkung aufweist." Die Autoren schließen mit der Feststellung, dass sie als nächstes planen, die Methodik "auf tatsächliche Beobachtungen von Ereignissen im GAREQ-Experiment" anzuwenden.

GR sagt uns, dass das Licht in der Nähe von Jupiter abgelenkt erscheint und Jupiters Massenverteilung abgeplattet ist, weil er schnell rotiert, also wird erwartet, dass die Ablenkung ein Quadrupolmoment hat. Aber ist eine dieser Ablenkungen direkt auf die Rotation zurückzuführen, oder wäre sie bei einem statischen, nicht rotierenden, aber abgeflachten Jupiter ungefähr gleich? Wie weit geht das im GR-Kaninchenloch?

Im Prinzip ist die zusätzliche Biegung auf die Form der Linse zurückzuführen, also direkt auf die Abplattung. Aber die Abflachung ist in diesem Fall selbst auf die Rotation des Planeten zurückzuführen. Wenn also Jupiter nicht rotiert, warum sollte er dann abgeflacht sein?

Okay, wenn dies ein reines Gedankenexperiment ist, dann wäre die Nicht-Sphärizität der Linse, die sich nicht dreht, im Prinzip ähnlich der galaktischen Lichtkrümmung, bei der die Linse eine nicht-sphärische Galaxie ist. Die nicht-sphärische Natur einer Linse kann das Biegen des Lichts erschweren, was statt vollständiger Bilder zu Teilbögen um die Linse herum führt. Wie man mit Non-Sphärizität umgeht, ist im Allgemeinen eine offene Frage, und verschiedene Bereiche haben verschiedene Methoden entwickelt, um dies zu berücksichtigen, die normalerweise kontextspezifisch sind. Auf dem Gebiet der Mikrolinsen zeigt diese Arbeit, wie sie für nahe Doppelsternsysteme gehandhabt werden kann. Informationen zur Berechnung des Einstein-Winkels in Mikrolinsenereignissen finden Sie hier. Denken Sie daran, dass die Verstärkung der Quelle auch dann maximal ist, wenn die Linse nicht sphärisch ist, wenn die Linse mit der Quelle ausgerichtet ist.

Im speziellen Fall der Mikrolinsenbildung mit Jupiter und Gaia erklärt das ebenfalls oben zitierte Grundlagenpapier recht schön: Ausgehend von der geodätischen Gleichung gelangen sie zu den Gleichungen 10-12, die den Ablenkungsvektor ergeben, der den üblichen Monopolterm und die relevanten Quadrupolterme enthält . Diese werden im Fall von "nah streifenden Strahlen, da der Effekt im Gegensatz zur Sonnenablenkung zu klein ist, um unter großem Winkel vom Planeten beobachtet zu werden" in die Gleichungen 13 und 14 vereinfacht, die von der Ausrichtung der Drehachse abhängen des Planeten (dh die inneren Produkte mit dem Spinvektor in der$z$Richtung). In Gleichung 13 ist der Monopolterm der erste Term, der unabhängig von ist$J_2$(der dimensionslose Koeffizient der zweiten zonalen Harmonischen), und die Terme, die davon subtrahieren, sind Quadrupolterme. Gleichung 14 ist auf Quadrupol zurückzuführen. Offensichtlich hängen die Quadrupolterme davon ab$z$, was bedeutet, dass dies direkt auf die Abflachung von Jupiter zurückzuführen ist ...

EDIT: .... was die Abflachung SELBST auf die Rotation des Planeten zurückzuführen ist. Im Prinzip würde ein nicht rotierender Planet immer noch eine leichte Krümmung verursachen (b / c tut dies die Schwarzschild-Lösung), und eine nicht-sphärische Massenverteilung des Planeten könnte aufgrund eines Masse-Quadrupol-Momentes der Nicht-Sphärizität eine zusätzliche leichte Krümmung verursachen , aber dies würde eher einem Effekt eines ausgedehnten Körpers in der allgemeinen Relativitätstheorie ähneln als einem Spin, der im Fall von Jupiter modelliert wird. Also, speziell im Fall von Jupiter, ist es nicht falsch zu sagen, dass die Abflachung direkt mehr Krümmung verursacht, aber es kommt mit der Nuance, dass die Abflachung selbst auf die Rotation zurückzuführen ist: Dies wird in den Gleichungen 13 und 14 oben gezeigt, nach Menge$J_2$Erscheint überall dort, wo es Spin gibt. Dieses Papier erklärt dies mehr technisch.

BONUS: Jupiter ist mit dieser Möglichkeit nicht allein. Wie oben erwähnt, wird Gaia Hunderttausende von Körpern des Sonnensystems sehen. Das bedeutet, dass es potenziell mehr als Tausende möglicher Mikrolinsen-Ereignisse gibt. Mit dem DR2 von Gaia werden bereits etwa 100 Mikrolinsenereignisse vorhergesagt! Ich habe noch keine verbesserten Vorhersagen gesehen, da sie damit gerechnet hatten, die Unsicherheiten ihrer Vorhersagen mithilfe von DR3-Daten zu verbessern, die sich aufgrund der Pandemie verzögerten.

DOPPELTER BONUS: Hier ist ein hübscher Vorschlag für eine neue weltraumgestützte Mission, um die postnewtonsche Schwerkraft in der Nähe der Erde zu testen!