Astronomie

Jupiter est-il toujours une anomalie ?

Jupiter est-il toujours une anomalie ?

Je me souviens avoir entendu il y a quelques années que Jupiter était une anomalie dans le paysage des exoplanètes. À l'époque, la plupart des planètes de la masse de Jupiter découvertes étaient des Jupiters chauds, orbitant très près de leur étoile hôte.

Au cours des dernières années, depuis que j'ai entendu cela, de nombreuses nouvelles exoplanètes ont été découvertes. Savons-nous maintenant s'il y a beaucoup plus de Jupiters chauds et notre propre Jupiter est un événement plutôt rare, ou s'il s'agissait d'un biais d'observation et qu'il y a beaucoup plus de « Jupiters froids » ?


Cela dépend de la façon dont vous définissez les analogues de Jupiter. Il existe plusieurs facteurs possibles, notamment la masse, l'excentricité et les coupures de période orbitale. Étant donné qu'il n'y a pas de définition cohérente, la comparaison des résultats entre les différents articles est difficile.

Par exemple, l'article récent de Wittenmyer et al. considère que les "Jupiters froids" sont des planètes avec des masses supérieures à 0,3 Jupiters avec des périodes orbitales supérieures à 100 jours. Ces planètes semblent être beaucoup plus communes que les Jupiters chaudes, mais cette catégorie est beaucoup plus large que les "analogues de Jupiter". Il comprend des objets comme HD 208487 b, une planète qui serait située entre Mercure et Vénus dans notre système solaire et a une orbite beaucoup plus excentrique (e=0.3) que n'importe laquelle de nos grandes planètes : à peine un analogue de Jupiter.

La plupart des planètes à longue période ont des excentricités élevées. Imposer une coupure d'excentricité aurait tendance à changer un peu les choses. D'autres considérations pourraient impliquer d'imposer des limites supérieures à la masse, ou une limite inférieure différente. L'article note que leurs conclusions sur le taux d'occurrence des analogues de Jupiter sont cohérentes avec les études précédentes une fois que les différents critères sont imposés.


Une étude récente indique que les Jupiters froids similaires à Saturne et Jupiter sont beaucoup plus nombreux que les Jupiters chauds. Les auteurs ont étudié 18 ans de données pour trouver des exoplanètes à longue période, c'est-à-dire des planètes éloignées de leur étoile hôte.

Les Jupiters froids, étant plus éloignés de leur étoile hôte, ont des périodes plus longues que les Jupiters chauds. Par conséquent, ils doivent être observés sur une période plus longue pour voir plusieurs transits. Les extraterrestres devraient observer le Soleil pendant 12 ans avant de voir deux transits de Jupiter, et cela ne suffirait toujours pas à confirmer sa présence.

Les planètes plus éloignées induisent également des variations plus faibles de la vitesse de leur étoile hôte, de sorte que le spectre de l'étoile est légèrement décalé. Par conséquent, des spectrographes à plus haute résolution sont nécessaires pour détecter les Jupiters froids en utilisant la méthode de la vitesse radiale.

Trouver plus de Jupiters chauds et chauds au début de l'ère de la découverte des exoplanètes était un biais d'observation en raison des limites de l'instrumentation disponible à l'époque et du temps nécessaire pour trouver des exoplanètes à longue période.


Thomas Ashcraft

Sous le ciel bleu profond du Nouveau-Mexique, Thomas prépare son réseau de caméras spécialement conçu pour capturer des images de « lutins de méduses ». Les sprites sont de brefs éclairs de lumière colorés parfois vus au-dessus des orages. Crédit : Lynn Larsen

Éducation

​Qu'est-ce qui vous a motivé à vous porter volontaire en tant que scientifique citoyen de la NASA ? Comment avez-vous découvert la science citoyenne de la NASA ?

Dans les années 1990, je me suis intéressé à la radioastronomie et j'ai commencé à m'auto-former et à apprendre par moi-même. C'était lent car je vivais dans la campagne du Nouveau-Mexique et loin des techniciens pour la plupart. Heureusement, Internet commençait à fleurir, et en 2001, j'ai pris connaissance d'une initiative mondiale de sensibilisation de la NASA appelée le projet Radio JOVE. Le projet a mis à disposition des écoles et des particuliers des kits radio à construire soi-même. Bien qu'il soit principalement axé sur les écoles, toute personne intéressée pouvait participer. Grâce au projet, j'ai été encadré et j'ai appris à construire des circuits et des antennes radio de qualité recherche, à pratiquer une collecte de données scientifiques appropriée, et plus encore. J'ai découvert le dynamisme de Jupiter et ses émissions radio spéciales induites par Io.

L'un des événements les plus passionnants de ma vie a été d'obtenir ma première confirmation de la réception réussie des émissions radio de Jupiter sur mon propre système de télescope maison. Vingt ans plus tard, c'est toujours excitant pour moi d'entendre des sursauts radio joviens sortir des haut-parleurs et de voir les orages radio de Jupiter sur le spectrographe. Beaucoup de science a été produite en cours de route. Et de nombreux mystères de Jupiter attendent toujours d'être résolus.

Que faites-vous lorsque vous ne faites pas de science avec la NASA ? Parlez-nous de votre travail et de vos loisirs.

J'ai une autre vie d'artiste et de sculpteur, et c'est ainsi que je soutiens mes efforts scientifiques. Je construis quelque chose que j'appelle The Sky and Culture Pavilion, où les gens peuvent ressentir les sensations des émissions radio du Soleil, de la poussière spatiale, des boules de feu météoriques et d'autres phénomènes spatiaux. Il s'en vient.

J'enregistre et capture également de manière intensive des événements lumineux transitoires (sprites de foudre) et d'autres phénomènes mésosphériques nouvellement découverts. C'est une science de pointe, et tout mon travail est lié de manière complexe.

Qu'avez-vous découvert ou appris en tant que scientifique citoyen de la NASA ?

J'ai appris la valeur et la nécessité de produire des données impeccables et la satisfaction de corréler et de vérifier avec les autres. J'ai appris que la coopération et la serviabilité sont très enrichissantes et créent une communauté productive.

J'ai également appris que la découverte peut provenir de la constatation d'une anomalie dans les observations qui pourrait n'avoir rien à voir avec votre sujet principal. Si vous avez le temps et l'envie de suivre l'anomalie, il pourrait bien y avoir une découverte. Fait intéressant, bien que la cible d'observation ait été Jupiter, notre groupe a noté une signature encore inexpliquée dans les phénomènes de foudre terrestre qui apparaît souvent sur nos spectrographes mutuels.

À quelles publications de recherche de la NASA évaluées par des pairs avez-vous été impliqué ? Quel a été votre rôle dans le processus de recherche et d'écriture?

Mon rôle a été celui d'observateur, de captureur et de chroniqueur de ce phénomène mystérieux et encore inexpliqué de « " " Notre groupe s'appelle Spectrograph Users Group (SUG), qui est une émanation avancée du projet Radio JOVE. Il observe 24h/24 et 7j/7 à temps plein, et nous comparons nos spectrogrammes pour des motifs spéciaux et des réceptions mutuelles.

Qu'avez-vous appris sur le processus scientifique lorsque vous avez participé à des projets de science citoyenne de la NASA ?

J'ai appris à être persévérant dans le long effort. J'ai appris à être plus audacieux en posant des questions. Et j'ai un credo dans mon laboratoire, qui est : Explorer. Examiner. Découvrir. Signaler. Il est très important d'avoir le suivi pour rapporter les résultats.

Quels conseils donneriez-vous à d'autres qui pourraient vouloir faire du bénévolat avec la science citoyenne de la NASA ?

Fonce! La science donne un but et un sens à la vie. Laissez-le ouvrir des chemins et voyez où ils mènent au fil du temps. Apprenez une méthode rigoureuse et partagez-la avec d'autres à travers le monde. Vous serez récompensé de plusieurs manières. Nous sommes amis ensemble et citoyens de la Terre et du cosmos.

Quels sont les faits amusants sur vous-même ? (Passe-temps, endroits sympas où vous êtes allé, anecdotes personnelles, etc.)

Je construis une sculpture cinétique appelée The Jupiter Twitch, qui répond aux émissions radio joviennes induites par Io dans le ciel telles que capturées par le radiotélescope.

Je manifeste également une "jupebox" d'audio de certaines des grandes tempêtes de Jupiter que j'ai capturées au fil des ans.

Combien de temps consacrez-vous aux projets de science citoyenne de la NASA ?

En fait, je passe beaucoup de temps sur mes projets quotidiennement, et j'aime ça. J'extrait les données de mes différents télescopes, optiques et radio, et rapporte tout ce qui est intéressant à mes collègues sur Internet. Si quelque chose est important, j'émets une alerte qui peut être sensible au temps, comme une tempête de Jupiter anormale ou une éruption solaire de classe X en cours. Mes instruments fonctionnent 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, et j'ai souvent la chance d'être dans l'observatoire lorsque quelque chose de spécial se produit.

Qu'est-ce qui a suscité votre intérêt pour l'espace et la science ?

J'ai toujours été intéressé par l'astrobiologie, la symbiose, des choses comme les bactériophages et l'hypothèse de la radio-panspermie. La collision de Jupiter avec la comète Shoemaker-Levy 9 en 1994 était et est toujours époustouflante. Je crois que nous, les humains, partageons un esprit commun avec toute la nature.


Contenu

Pionnier 10 et 11 ont été envoyés respectivement en mission sur Jupiter et Jupiter/Saturne. Les deux engins spatiaux ont été stabilisés en rotation afin de maintenir leurs antennes à gain élevé pointées vers la Terre en utilisant des forces gyroscopiques. Bien que le vaisseau spatial comprenne des propulseurs, après les rencontres planétaires, ils n'ont été utilisés que pour des manœuvres de balayage coniques semi-annuelles pour suivre la Terre sur son orbite, [5] les laissant sur une longue phase de "croisière" à travers le système solaire externe. Au cours de cette période, les deux engins spatiaux ont été contactés à plusieurs reprises pour obtenir diverses mesures de leur environnement physique, fournissant des informations précieuses bien après la fin de leurs missions initiales.

Parce que le vaisseau spatial volait avec presque aucune poussée de stabilisation supplémentaire pendant leur "croisière", il est possible de caractériser la densité du milieu solaire par son effet sur le mouvement du vaisseau spatial. Dans le système solaire externe, cet effet serait facilement calculable, sur la base de mesures au sol de l'environnement de l'espace lointain. Lorsque ces effets ont été pris en compte, ainsi que tous les autres effets connus, la position calculée des Pionniers n'était pas en accord avec les mesures basées sur la synchronisation du retour des signaux radio renvoyés par le vaisseau spatial. Celles-ci ont systématiquement montré que les deux engins spatiaux étaient plus proches du système solaire interne qu'ils ne devraient l'être, de milliers de kilomètres - petits par rapport à leur distance du Soleil, mais toujours statistiquement significatifs. Cet écart apparent s'est accru au fil du temps à mesure que les mesures étaient répétées, suggérant que ce qui causait l'anomalie agissait toujours sur le vaisseau spatial.

Alors que l'anomalie grandissait, il est apparu que le vaisseau spatial se déplaçait plus lentement que prévu. Les mesures de la vitesse du vaisseau spatial par effet Doppler ont démontré la même chose : le décalage vers le rouge observé était inférieur aux attentes, ce qui signifiait que les Pionniers avaient ralenti plus que prévu.

Lorsque toutes les forces connues agissant sur le vaisseau spatial ont été prises en considération, une force très faible mais inexpliquée est restée. Il a semblé provoquer une accélération vers le soleil approximativement constante de (8,74 ± 1,33) × 10 −10 m/s 2 pour les deux engins spatiaux. Si les positions du vaisseau spatial ont été prédites un an à l'avance sur la base de la vitesse mesurée et des forces connues (principalement la gravité), elles se sont en fait trouvées à environ 400 km plus près du soleil à la fin de l'année. On pense maintenant que cette anomalie s'explique par les forces de recul thermique.

À partir de 1998, il a été suggéré que la force de recul thermique était sous-estimée [6] [7] et pourrait peut-être expliquer l'ensemble de l'anomalie. [8] Cependant, il était difficile de comptabiliser avec précision les forces thermiques, car il fallait des enregistrements de télémétrie des températures de l'engin spatial et un modèle thermique détaillé, dont aucun n'était disponible à l'époque. De plus, tous les modèles thermiques prédisaient une diminution de l'effet avec le temps, ce qui n'apparaissait pas dans l'analyse initiale.

Une à une, ces objections ont été traitées. De nombreux anciens enregistrements de télémétrie ont été trouvés et convertis en formats modernes. [9] Cela a donné des chiffres de consommation d'énergie et des températures pour certaines parties du vaisseau spatial. Plusieurs groupes ont construit des modèles thermiques détaillés, [3] [10] [11] qui ont pu être vérifiés par rapport aux températures et puissances connues, et ont permis un calcul quantitatif de la force de recul. La durée plus longue des enregistrements de navigation a montré que l'accélération diminuait en fait. [12]

En juillet 2012, Slava Turyshev et al. a publié un article dans Lettres d'examen physique cela expliquait l'anomalie. Le travail a exploré l'effet de la force de recul thermique sur Pioneer 10 et a conclu qu'"une fois que la force de recul thermique est correctement prise en compte, il ne reste aucune accélération anormale". [4] Bien que l'article de Turyshev et al. a l'analyse la plus détaillée à ce jour, l'explication basée sur la force de recul thermique a le soutien d'autres groupes de recherche indépendants, utilisant une variété de techniques de calcul. Les exemples incluent "la pression de recul thermique n'est pas la cause de l'anomalie de survol de Rosetta mais résout probablement l'accélération anormale observée pour Pionnier 10." [3] et "Il est démontré que toute l'accélération anormale peut être expliquée par des effets thermiques". [13]

Les Pionniers étaient particulièrement bien adaptés pour découvrir l'effet car ils volaient depuis de longues périodes sans corrections de cap supplémentaires. La plupart des sondes spatiales ont été lancées après que les Pionniers se soient arrêtés sur l'une des planètes ou aient utilisé la poussée tout au long de leur mission.

Les Voyagers ont suivi un profil de mission similaire aux Pioneers, mais n'étaient pas stabilisés en rotation. Au lieu de cela, ils ont nécessité des tirs fréquents de leurs propulseurs pour que le contrôle d'attitude reste aligné avec la Terre. Les vaisseaux spatiaux comme les Voyagers acquièrent de petits et imprévisibles changements de vitesse comme effet secondaire des tirs fréquents du contrôle d'attitude. Ce « bruit » rend impossible la mesure de petites accélérations telles que l'effet Pioneer, des accélérations aussi importantes que 10 -9 m/s 2 seraient indétectables. [14]

Les nouveaux engins spatiaux ont utilisé la stabilisation de la rotation pour tout ou partie de leur mission, y compris les deux Galilée et Ulysse. Ces engins spatiaux indiquent un effet similaire, bien que pour diverses raisons (telles que leur proximité relative avec le Soleil), des conclusions fermes ne peuvent être tirées de ces sources. le Cassini La mission a des roues de réaction ainsi que des propulseurs pour le contrôle d'attitude, et pendant la croisière, elle pouvait compter pendant de longues périodes sur les seules roues de réaction, permettant ainsi des mesures de précision. Il avait également des générateurs thermoélectriques à radio-isotopes (RTG) montés près du corps de l'engin spatial, émettant des kilowatts de chaleur dans des directions difficiles à prévoir. [15]

Après Cassini arrivé à Saturne, il a perdu une grande partie de sa masse du combustible utilisé dans la combustion d'insertion et la libération du Huygens sonde. Cela augmente l'accélération causée par les forces de rayonnement car elles agissent sur moins de masse. Ce changement d'accélération permet de mesurer les forces de rayonnement indépendamment de toute accélération gravitationnelle. [16] La comparaison des résultats de croisière et d'orbite de Saturne montre que pour Cassini, presque toute l'accélération non modélisée était due aux forces de rayonnement, avec seulement une petite accélération résiduelle, beaucoup plus petite que l'accélération Pioneer, et de signe opposé. [17]

Il y a deux caractéristiques de l'anomalie, comme indiqué à l'origine, qui ne sont pas traitées par la solution thermique : les variations périodiques de l'anomalie et l'apparition de l'anomalie près de l'orbite de Saturne.

Premièrement, l'anomalie a une périodicité annuelle apparente et une périodicité quotidienne sidérale apparente de la Terre avec des amplitudes qui sont formellement supérieures au budget d'erreur. [18] Cependant, le même article indique également que ce problème n'est probablement pas lié à l'anomalie : « Les termes annuels et diurnes sont très probablement des manifestations différentes du même problème de modélisation. [. ] Un tel problème de modélisation survient lorsqu'il y a des erreurs. dans l'un des paramètres de l'orientation de l'engin spatial par rapport au référentiel choisi."

Deuxièmement, la valeur de l'anomalie mesurée sur une période pendant et après la rencontre de Pioneer 11 avec Saturne avait une incertitude relativement élevée et une valeur significativement inférieure. [18] [19] Le Turyshev, et al. L'article de 2012 a comparé l'analyse thermique à la Pionnier 10 seul. L'anomalie Pioneer est passée inaperçue jusqu'après Pionnier 10 passé sa rencontre avec Saturne. Cependant, l'analyse la plus récente indique : « La figure 2 suggère fortement que le « début » signalé précédemment de l'anomalie Pioneer peut en fait être le simple résultat d'une mauvaise modélisation de la contribution thermique solaire. Cette question peut être résolue avec une analyse plus approfondie de premières données de trajectoire". [4]

Avant que l'explication du recul thermique ne soit acceptée, d'autres explications proposées se répartissaient en deux classes — « causes banales » ou « nouvelle physique ». Les causes banales incluent les effets conventionnels qui ont été négligés ou mal modélisés dans l'analyse initiale, tels qu'une erreur de mesure, une poussée due à une fuite de gaz ou un rayonnement thermique inégal. Les explications de la « nouvelle physique » proposaient une révision de notre compréhension de la physique gravitationnelle.

Si l'anomalie Pioneer avait été un effet gravitationnel dû à certaines modifications à longue portée des lois connues de la gravité, elle n'affectait pas de la même manière les mouvements orbitaux des principaux corps naturels (en particulier ceux se déplaçant dans les régions où le L'anomalie Pioneer s'est manifestée sous sa forme actuellement connue). Par conséquent, une explication gravitationnelle devrait violer le principe d'équivalence, qui stipule que tous les objets sont affectés de la même manière par la gravité. Il a donc été soutenu [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] que des mesures et une modélisation de plus en plus précises des mouvements des planètes extérieures et de leurs satellites a miné la possibilité que l'anomalie Pioneer soit un phénomène d'origine gravitationnelle. Cependant, d'autres pensaient que notre connaissance des mouvements des planètes extérieures et de la planète naine Pluton était encore insuffisante pour réfuter la nature gravitationnelle de l'anomalie Pioneer. [30] Les mêmes auteurs ont exclu l'existence d'une extra-accélération gravitationnelle de type Pioneer dans la périphérie du Système solaire en utilisant un échantillon d'objets transneptuniens. [31] [32]

L'ampleur de l'effet Pioneer a p > ( (8,74 ± 1,33) × 10 −10 m/s 2 ) est numériquement assez proche du produit ( (6,59 ± 0,075) × 10 −10 m/s 2 ) de la vitesse de la lumière c et la constante de Hubble H 0 > , faisant allusion à une connexion cosmologique, mais on pense maintenant que cela n'a pas de signification particulière. En fait, la dernière revue du Jet Propulsion Laboratory (2010) entreprise par Turyshev et Toth [14] prétend exclure la connexion cosmologique en considérant des sources plutôt conventionnelles alors que d'autres scientifiques ont fourni une réfutation basée sur les implications physiques des modèles cosmologiques eux-mêmes. [33] [34]

Les objets liés à la gravitation tels que le système solaire, ou même la voie lactée, ne sont pas censés participer à l'expansion de l'univers - cela est connu à la fois par la théorie conventionnelle [35] et par la mesure directe. [36] Cela n'interfère pas nécessairement avec les chemins que la nouvelle physique peut emprunter avec les effets de traînée des accélérations séculaires planétaires d'origine cosmologique possible.

Modèle de décélération Modifier

Il a été considéré comme possible qu'une décélération réelle n'est pas prise en compte dans le modèle actuel pour plusieurs raisons.

Gravité Modifier

Il est possible que la décélération soit causée par des forces gravitationnelles provenant de sources non identifiées telles que la ceinture de Kuiper ou la matière noire. Cependant, cette accélération n'apparaît pas dans les orbites des planètes extérieures, donc toute réponse gravitationnelle générique devrait violer le principe d'équivalence (voir l'inertie modifiée ci-dessous). De même, l'anomalie n'apparaît pas dans les orbites des lunes de Neptune, remettant en cause la possibilité que l'anomalie Pioneer puisse être un phénomène gravitationnel non conventionnel basé sur la distance du Soleil. [28]

Faites glisser Modifier

La cause pourrait être la traînée du milieu interplanétaire, y compris la poussière, le vent solaire et les rayons cosmiques. Cependant, les densités mesurées sont trop faibles pour provoquer l'effet.

Fuites de gaz Modifier

Les fuites de gaz, y compris l'hélium provenant des générateurs thermoélectriques à radio-isotopes (RTG) du vaisseau spatial ont été considérées comme une cause possible. [ citation requise ]

Erreurs d'observation ou d'enregistrement Modifier

La possibilité d'erreurs d'observation, qui incluent des erreurs de mesure et de calcul, a été avancée comme raison pour interpréter les données comme une anomalie. Il en résulterait donc des erreurs d'approximation et des erreurs statistiques. Cependant, une analyse plus approfondie a déterminé que des erreurs significatives ne sont pas probables car sept analyses indépendantes ont montré l'existence de l'anomalie Pioneer en mars 2010. [37]

L'effet est si faible qu'il pourrait s'agir d'une anomalie statistique causée par des différences dans la manière dont les données ont été collectées au cours de la durée de vie des sondes. De nombreux changements ont été apportés au cours de cette période, notamment des changements dans les instruments de réception, les sites de réception, les systèmes d'enregistrement des données et les formats d'enregistrement. [9]

Nouvelle physique Modifier

Parce que "l'anomalie pionnière" n'apparaît pas comme un effet sur les planètes, Anderson et al. spéculé que ce serait intéressant si c'était nouvelle physique. Plus tard, avec la confirmation du signal décalé Doppler, l'équipe a de nouveau spéculé qu'une explication pourrait résider dans une nouvelle physique, sinon une explication systémique inconnue. [38]

Accélération de l'horloge Modifier

L'accélération de l'horloge était une explication alternative à l'accélération anormale du vaisseau spatial vers le Soleil. Cette théorie a pris note d'un univers en expansion, qui a été pensé pour créer un en augmentant arrière-plan « potentiel gravitationnel ». L'augmentation du potentiel gravitationnel accélérerait alors le temps cosmologique. Il a été proposé que cet effet particulier provoque l'écart observé par rapport aux trajectoires et aux vitesses prédites de Pioneer 10 et Pioneer 11. [38]

À partir de leurs données, l'équipe d'Anderson a déduit une dérive de fréquence constante de 1,5 Hz sur huit ans. Cela pourrait être mappé sur une théorie de l'accélération de l'horloge, ce qui signifiait que toutes les horloges changeraient par rapport à une accélération constante : en d'autres termes, il y aurait une non-uniformité du temps. De plus, pour une telle distorsion liée au temps, l'équipe d'Anderson a examiné plusieurs modèles dans lesquels la distorsion temporelle en tant que phénomène est considérée. Ils sont arrivés au modèle "d'accélération de l'horloge" après l'achèvement de l'examen. Bien que le meilleur modèle ajoute un terme quadratique au temps atomique international défini, l'équipe a rencontré des problèmes avec cette théorie. Cela a ensuite conduit à temps non uniforme par rapport à une accélération constante comme la théorie la plus probable. [note 1] [38]

Définition de la gravité modifiée Modifier

L'hypothèse de la dynamique newtonienne modifiée ou MOND a proposé que la force de gravité dévie de la valeur newtonienne traditionnelle à une loi de force très différente à de très faibles accélérations de l'ordre de 10 -10 m/s 2 . [39] Étant donné les faibles accélérations placées sur le vaisseau spatial alors qu'il se trouve dans le système solaire extérieur, MOND peut être en vigueur, modifiant les équations gravitationnelles normales. L'expérience Lunar Laser Ranging combinée aux données des satellites LAGEOS réfute que la simple modification de la gravité soit la cause de l'anomalie Pioneer. [40] La précession des longitudes des périhélies des planètes solaires [22] ou les trajectoires des comètes à longue période [41] n'ont pas été rapportées pour éprouver un champ gravitationnel anormal vers le Soleil de la magnitude capable de décrire l'anomalie Pioneer .

Définition de l'inertie modifiée Modifier

MOND peut également être interprété comme une modification de l'inertie, peut-être due à une interaction avec l'énergie du vide, et une telle théorie dépendante de la trajectoire pourrait expliquer les différentes accélérations agissant apparemment sur les planètes en orbite et l'engin Pioneer sur leurs trajectoires de fuite. [42] Un test terrestre possible pour la preuve d'un modèle différent d'inertie modifiée a également été proposé. [43]

Temps paramétrique Modifier

Une autre explication théorique reposait sur une possible non-équivalence du temps atomique et du temps astronomique, ce qui pourrait donner la même empreinte observationnelle que l'anomalie. [44]

Des éphémérides célestes dans un univers en expansion Modifier

Une explication assez simple de l'anomalie de Pioneer peut être obtenue si l'on tient compte du fait que l'espace-temps de fond est décrit par une métrique cosmologique de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker qui n'est pas plate de Minkowski. [45] Dans ce modèle de variété d'espace-temps, la lumière se déplace uniformément par rapport au temps cosmologique conforme alors que les mesures physiques sont effectuées à l'aide d'horloges atomiques qui comptent le temps propre de l'observateur coïncidant avec le temps cosmique. La différence entre les temps conformes et cosmiques donne exactement la même valeur numérique et la même signature de l'effet de décalage Doppler bleu anormal qui a été mesuré dans l'expérience Pioneer. Un petit écart entre cette prédiction théorique et la valeur mesurée de l'effet Pioneer est une preuve claire de la présence du recul thermique qui ne représente que 10 à 20 % de l'effet global. Si l'origine de l'effet Pioneer est cosmologique, il donne un accès direct à la mesure de la valeur numérique de la constante de Hubble indépendamment des observations du fond diffus cosmologique ou des explosions de supernova dans les galaxies lointaines (Supernova Cosmology Project).

Il est possible, mais non prouvé, que cette anomalie soit liée à l'anomalie de survol, qui a été observée dans d'autres engins spatiaux. [46] Bien que les circonstances soient très différentes (survol de la planète contre croisière dans l'espace lointain), l'effet global est similaire : un changement de vitesse faible mais inexpliqué est observé en plus d'une accélération gravitationnelle conventionnelle beaucoup plus importante.

La sonde Pioneer ne fournit plus de nouvelles données (le dernier contact remonte au 23 janvier 2003) [47] et Galilée et Cassini ont été délibérément éliminés dans les atmosphères de Jupiter et de Saturne respectivement à la fin de leurs missions. Jusqu'à présent, [ lorsque? ] les tentatives d'utilisation des données des missions actuelles n'ont donné aucun résultat concluant. Il reste plusieurs options pour des recherches ultérieures :

  • Analyse plus poussée des données Pioneer récupérées. Cela inclut non seulement les données qui ont été utilisées pour la première fois pour détecter l'anomalie, mais également des données supplémentaires qui, jusqu'à récemment, n'étaient enregistrées que dans des formats et des supports informatiques plus anciens et inaccessibles. Ces données ont été récupérées en 2006, converties dans des formats plus modernes et sont maintenant disponibles pour analyse. [48]
  • le Nouveaux horizons le vaisseau spatial vers Pluton est stabilisé en rotation pendant une grande partie de sa croisière, et il est possible qu'il puisse être utilisé pour enquêter sur l'anomalie. Nouveaux horizons peut avoir le même problème qui a empêché de bonnes données de la Cassini mission - son RTG est monté près du corps de l'engin spatial, de sorte que son rayonnement thermique, rebondissant sur l'engin spatial, peut produire une poussée systématique d'une magnitude difficilement prévisible, plusieurs fois plus importante que l'effet Pioneer. Néanmoins, des efforts sont en cours pour étudier les accélérations non gravimétriques sur le vaisseau spatial, dans l'espoir de bien les modéliser pour la longue croisière vers Pluton après le survol de Jupiter qui s'est produit en février 2007. [besoin de mise à jour] En particulier, malgré tout biais systématique important du RTG, le « début » de l'anomalie sur ou près de l'orbite de Saturne pourrait être observé. [49]
  • Une mission dédiée a également été proposée. [50] Une telle mission devrait probablement dépasser 200 UA du Soleil dans une orbite de fuite hyperbolique.
  • Les observations d'astéroïdes autour de 20 UA peuvent fournir des informations si la cause de l'anomalie est gravitationnelle. [31][51]

Une réunion a eu lieu à l'Université de Brême en 2004 pour discuter de l'anomalie Pioneer. [52]

La Pioneer Explorer Collaboration a été formée pour étudier l'anomalie Pioneer et a organisé trois réunions (2005, 2007 et 2008) à l'Institut international des sciences spatiales à Berne, en Suisse, pour discuter de l'anomalie et des moyens possibles de résoudre la source. [53]


1 réponse 1

Oui, l'anomalie Flyby est toujours un problème non résolu. Des études ont trouvé plusieurs candidats pour la cause de l'anomalie.

Une étude récente a examiné le comportement de Juno sur ses orbites de Jupiter et y a également trouvé l'anomalie :

"Notre conclusion est qu'une accélération anormale agit également sur le vaisseau spatial Juno à proximité du périjove (dans ce cas, la vitesse asymptotique n'est pas un concept utile car la trajectoire est fermée). Cette accélération est presque cent fois plus importante que les accélérations anormales typiques responsables de l'anomalie dans le cas des survols de la Terre. Cela était déjà attendu en lien avec l'intuition initiale d'Anderson et al. que l'effet augmente avec la vitesse de rotation angulaire de la planète (une période de 9,8 heures pour Jupiter vs les 24 heures de la Terre), le rayon de la planète et probablement sa masse.

Certaines origines possibles de l'anomalie ont été écartées :

Il est important de souligner que cette anomalie est également observée dans les données de télémétrie et ne peut être attribuée à un problème conventionnel ou non conventionnel entièrement lié au suivi Doppler. Une évaluation primaire des éventuels effets physiques conventionnels susceptibles de contribuer à l'anomalie a été réalisée par Lämmerzahl et al. [31]. Les marées océaniques et un couplage de l'engin spatial aux termes harmoniques tesséraux dans le modèle géopotentiel ont également été récemment étudiés 2. Le frottement atmosphérique peut également être écarté, sauf pour les survols à des altitudes de 300 km ou moins [4]. Il en va de même des corrections correspondant à la Relativité Générale [28, 26], aux effets thermiques [41] ou autres [14].

Mais l'étude n'a trouvé aucune cause concluante à l'anomalie :

En résumé, nous pouvons dire que dans cet article : (i) Nous avons trouvé des preuves qu'une anomalie pourrait opérer également pendant les survols Juno de Jupiter (ii) Nous avons développé un modèle théorique à comparer avec le modèle orbital adapté aux données de télémétrie dans afin de révéler la forme du champ d'accélération anormal possible agissant sur l'engin spatial. Une composante radiale importante a été trouvée et celle-ci se désintègre avec la distance au centre de Jupiter comme prévu d'une interaction physique inconnue. (iii) L'anomalie montre une asymétrie entre les branches entrantes et sortantes de la trajectoire et cela pourrait suggérer une interaction non conservatrice. La confirmation de ces conclusions nécessiterait une analyse indépendante plus approfondie et nous espérons que notre travail stimulera les futures recherches sur ce survol planétaire et sur d'autres.

Un autre article a étudié le survol de la Terre de Juno et a découvert que les inexactitudes du modèle géopotentiel (le champ de gravité de la Terre) utilisé pour modéliser le survol pourraient expliquer l'anomalie du survol :

La seule perturbation que nous avons examinée qui s'est avérée capable de produire quelque chose de détectable en temps réel et comparable à l'anomalie de vitesse de survol prévue était la troncature dans le modèle géopotentiel de la Terre. Auparavant, nous avions trouvé un champ de degré/ordre de 10x10 suffisant pour soutenir les opérations de lancement. Les incertitudes sur la trajectoire pendant cette phase étaient suffisamment importantes pour ne pas nécessiter un modèle de plus grande fidélité. Cependant, pour le survol de l'EGA, nous avons constaté que la perturbation causée par l'inclusion de l'effet supplémentaire des termes de degré et d'ordre supérieurs était aussi importante que 4,5 mm/s lors de l'utilisation d'un champ 50x50.

Un autre article a conclu que la pression de rayonnement solaire est un autre candidat :

La pression de rayonnement solaire a présenté des résultats plus intéressants : de petits changements dans le coefficient de pression de rayonnement solaire CR pourrait expliquer l'anomalie. Plus en détail, les incertitudes sur les valeurs des coefficients de réflectivité des matériaux qui recouvrent l'engin spatial pourraient être tenues pour responsables du changement de vitesse anormal observé. Actually, we proved that modifications of the specular and diffuse reflectivity coefficients by an amount ranging from 10 −4 to 4*10 −2 are sufficient to successfully eliminate the unexpected velocity shift at perigee.


In the last decades there have been an increasing interest in improving the accuracy of spacecraft navigation and trajectory data. In the course of this plan some anomalies have been found that cannot, in principle, be explained in the context of the most accurate orbital models including all known effects from classical dynamics and general relativity. Of particular interest for its puzzling nature, and the lack of any accepted explanation for the moment, is the flyby anomaly discovered in some spacecraft flybys of the Earth over the course of twenty years. This anomaly manifest itself as the impossibility of matching the pre and post-encounter Doppler tracking and ranging data within a single orbit but, on the contrary, a difference of a few mm/s in the asymptotic velocities is required to perform the fitting.

Nevertheless, no dedicated missions have been carried out to elucidate the origin of this phenomenon with the objective either of revising our understanding of gravity or to improve the accuracy of spacecraft Doppler tracking by revealing a conventional origin.

With the occasion of the Juno mission arrival at Jupiter and the close flybys of this planet, that are currently been performed, we have developed an orbital model suited to the time window close to the perijove. This model shows that an anomalous acceleration of a few mm/s 2 is also present in this case. The chance for overlooked conventional or possible unconventional explanations is discussed.


Best viewing tips

What are the best viewing tips for seeing our solar system's two biggest planets nearly resembling one in a Great Conjunction?

"The day of the closest approach to each other is on Monday, Dec. 21, but for a couple of days before and after that they will be so close that they will fit in the same field of view in a low power telescope," Marzano said. "You want to be looking in the southwest a little bit after sunset. Both planets are low above the horizon so you don't want to wait too long. The naked eye is sufficient, but binoculars &mdash or better yet, a telescope &mdash will provide the most impressive views. Observe in a telescope at low power."

This year's timing, days before Christmas, further fuels the public's interest.

If you haven't seen Jupiter and Saturn, you're missing something! | EarthSky.org

"Throughout Christendom, the importance of the 'Christmas Star' in the narrative of Jesus' birth is well known," Marzano said. "Conjunctions, like the appearance of comets and supernova &mdash bright new stars from when old ones die &mdash have been interpreted by astrologers for thousands of years as heralds of important events.

"We still don't know for sure what the 'Christmas Star' was. It could have been a conjunction of planets, but doing the math backwards doesn't get close to the 4 BC consensus for Jesus' birth. But who knows, maybe the consensus is wrong. Or more likely it was a bright comet or supernova explosion."

In the January newsletter to members of Concord Church in North Sewickley Township, pastor John Phipps mentions the Great Conjunction of Saturn and Jupiter.

"With the tumultuous year of 2020, combined with the occurrence so close to Christmas, naturally makes us think of the star over Bethlehem, which the Magi followed, bringing gifts after the birth of Jesus," Phipps wrote.

The Magi, students of astronomy and astrology and likely ancestors to the modern-day Kurds, were compelled by that first Christmas star to make a journey that could have been 800 miles &mdash approximately the same distance from Beaver Falls to Jackson, Miss.

"It would have been a long, difficult journey," Phipps said. "Yet, the star brought them hope and direction in the midst of a difficult world. Take time to reflect upon this biblical story. Allow the rare Christmas Star of 2020 to stir questions in your own heart much like the Magi. The past year has been a difficult and strenuous season. Yet, the star shines in the night sky to remind us that there is hope in the darkness."

Local skies are forecast to be clear by early Monday evening. Temperatures should hover around 40 degrees Fahrenheit, so the stargazing should be good, and ready for folks to draw whatever symbolism they'd like of this rare celestial event happening at the end of this unprecedented year.

Not that anyone had telescopes then, but history shows that 1226 was a year of great strife, too.

"That's just shy of 800 years ago," said Amy Oliver, spokeswoman for the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, in a USA Today interview.

"Call (2020's conjunction) a unique holiday gift to the world," she said. "Maybe it's the soothing Band-Aid for 2020."


Juno Isn’t Exactly Where it’s Supposed To Be. The Flyby Anomaly is Back, But Why Does it Happen?

In the early 1960s, scientists developed the gravity-assist method, where a spacecraft would conduct a flyby of a major body in order to increase its speed. Many notable missions have used this technique, including the Pioneer, Voyager, Galileo, Cassini, and Nouveaux horizons missions. In the course of many of these flybys, scientists have noted an anomaly where the increase in the spacecraft’s speed did not accord with orbital models.

This has come to be known as the “flyby anomaly”, which has endured despite decades of study and resisted all previous attempts at explanation. To address this, a team of researchers from the University Institute of Multidisciplinary Mathematics at the Universitat Politecnica de Valencia have developed a new orbital model based on the maneuvers conducted by the Junon probe.

The study, which recently appeared online under the title “A Possible Flyby Anomaly for Juno at Jupiter“, was conducted by Luis Acedo, Pedro Piqueras and Jose A. Morano. Together, they examined the possible causes of the so-called “flyby anomaly” using the perijove orbit of the Junon probe. Based on Juno’s many pole-to-pole orbits, they not only determined that it too experienced an anomaly, but offered a possible explanation for this.

Artist’s impression of the Pioneer 10 probe, launched in 1972 and now making its way out towards the star Aldebaran. Crédit : NASA

To break it down, the speed of a spacecraft is determined by measuring the Doppler shift of radio signals from the spacecraft to the antennas on the Deep Space Network (DSN). During the 1970s when the Pioneer 10 et 11 probes were launched, visiting Jupiter and Saturn before heading off towards the edge of the Solar System, these probes both experienced something strange as they passed between 20 to 70 AU (Uranus to the Kuiper Belt) from the Sun.

Basically, the probes were both 386,000 km (240,000 mi) farther from where existing models predicted they would be. This came to be known as the “Pioneer anomaly“, which became common lore within the space physics community. While the Pioneer anomaly was resolved, the same phenomena has occurred many times since then with subsequent missions. As Dr. Acebo told Universe Today via email:

“The “flyby anomaly” is a problem in astrodynamics discovered by a JPL’s team of researchers lead by John Anderson in the early 90s. When they tried to fit the whole trajectory of the Galileo spacecraft as it approached the Earth on December, 8 th , 1990, they found that this only can be done by considering that the ingoing and outgoing pieces of the trajectory correspond to asymptotic velocities that differ in 3.92 mm/s from what is expected in theory.

“The effect appears both in the Doppler data and in the ranging data, so it is not a consequence of the measurement technique. Later on, it has also been found in several flybys performed by Galileo again in 1992, the NEAR [Near Earth Asteroid Rendezvous mission] in 1998, Cassini in 1999 or Rosetta and Messenger in 2005. The largest discrepancy was found for the NEAR (around 13 mm/s) and this is attributed to the very close distance of 532 Km to the surface of the Earth at the perigee.”

NASA’s Juno spacecraft launched on August 6, 2011 and should arrive at Jupiter on July 4, 2016. Credit: NASA / JPL

Another mystery is that while in some cases the anomaly was clear, in others it was on the threshold of detectability or simply absent – as was the case with Junon‘s flyby of Earth in October of 2013. The absence of any convincing explanation has led to a number of explanations, ranging from the influence or dark matter and tidal effects to extensions of General Relativity and the existence of new physics.

However, none of these have produced a substantive explanation that could account for flyby anomalies. To address this, Acedo and his colleagues sought to create a model that was optimized for the Junon mission while at perijove – i.e. the point in the probe’s orbit where it is closest to Jupiter’s center. As Acedo explained:

“ After the arrival of Juno at Jupiter on July, 4 th , 2016, we had the idea of developing our independent orbital model to compare with the fitted trajectories that were being calculated by the JPL team at NASA. After all, Juno is performing very close flybys of Jupiter because the altitude over the top clouds (around 4000 km) is a small fraction of the planet’s radius. So, we expected to find the anomaly here. This would be an interesting addition to our knowledge of this effect because it would prove that it is not only a particular problem with Earth flybys but that it is universal.”

Their model took into account the tidal forces exerted by the Sun and by Jupiter’s larger satellites – Io, Europa, Ganymede and Callisto – and also the contributions of the known zonal harmonics. They also accounted for Jupiter’s multipolar fields, which are the result of the planet oblate shape, since these play a far more important role than tidal forces as Junon reaches perijove.

Illustration of NASA’s Juno spacecraft firing its main engine to slow down and go into orbit around Jupiter. Lockheed Martin built the Juno spacecraft for NASA’s Jet Propulsion Laboratory. Credit: NASA/Lockheed Martin

In the end, they determined that an anomaly could also be present during the Junon flybys of Jupiter. They also noted a significant radial component in this anomaly, one which decayed the farther the probe got from the center of Jupiter. As Acebo explained:

“Our conclusion is that an anomalous acceleration is also acting upon the Juno spacecraft in the vicinity of the perijove (in this case, the asymptotic velocity is not a useful concept because the trajectory is closed). This acceleration is almost one hundred times larger than the typical anomalous accelerations responsible for the anomaly in the case of the Earth flybys. This was already expected in connection with Anderson et al.’s initial intuition that the effect increases with the angular rotational velocity of the planet (a period of 9.8 hours for Jupiter vs the 24 hours of the Earth), the radius of the planet and probably its mass.”

They also determined that this anomaly appears to be dependent on the ratio between the spacecraft’s radial velocity and the speed of light, and that this decreases very fast as the craft’s altitude over Jupiter’s clouds changes. These issues were not predicted by General Relativity, so there is a chance that flyby anomalies are the result of novel gravitational phenomena – or perhaps, a more conventional effect that has been overlooked.

In the end, the model that resulted from their calculations accorded closely with telemetry data provided by the Junon mission, though questions remain. “ Further research is necessary because the pattern of the anomaly seems very complex and a single orbit (or a sequence of similar orbits as in the case of Juno) cannot map the whole field,” said Acebo. “A dedicated mission is required but financial cuts and limited interest in experimental gravity may prevent us to see this mission in the near future.”

It is a testament to the complexities of physics that even after sixty years of space exploration – and one hundred years since General Relativity was first proposed – that we are still refining our models. Perhaps someday we will find there are no mysteries left to solve, and the Universe will make perfect sense to us. What a terrible day that will be!


Messier 71..The anomaly that is allegedly a globular cluster

I guess by way of the wonderful programs the Astronomical League has available I have started into my first really serious observing conundrum. You see I was like a lot of folks thinking and calling my viewing sessions "observing" until this past weekend. I recently started the Astronomical League Globular Cluster Observing Program and I had made some initial observations in July, but I had not been able to really study some objects until Friday night 9/15.

I focused on the usual suspects M2,M13,M15,M92 for a while, but then I stumbled upon M71 a peculiar object they have designated as a globular cluster. I had never studied an object so closely.

You see one of my favorite objects is the super well known and amazing M11 Wild Duck Cluster, but to my eyes M11 Wild Duck is more compact and "Globular" in nature than M71

So my question is in two parts:

1. How did M71 get the designation as a globular cluster?

2. Is M11's fate as an open cluster vs a globular cluster up for debate?

I know that globular clusters are some of the oldest objects in our galaxy and they live on the outer bands of the galaxy essentially hanging from the bands like fruit. Is M71's location what makes it a globular cluster vs an open cluster? Is M11 not as old and does not live on a galactic band?

#2 MikeRatcliff

You are not the only one confused. Up to the 1970s M71 was widely considered to be a dense open cluster, but a feature common to globulars (horizontal branch on H-R diagram) was then discovered. Wikipedia and SEDS have some descriptions and links to get you started.

Edited by MikeRatcliff, 18 September 2017 - 03:01 PM.

#3 junomike

IMO M71 is a Globular Cluster because It's tighter (more dense) than M11 and other Open Clusters.

#4 Dave Mitsky

#5 Spacefreak1974

Heres the SEDS Link. Just found it. Love that site! Thanks Mike

#6 Spacefreak1974

Wow that is super sweet how you can zoom in on the objects. My eyes still see more density with M11 vs M71

#7 MikeRatcliff

Going just by memory I feel like M71 is more compressed. Admittedly I have not carefully compared the two. It may be aperture dependent.

Anyway, that's a good observation you made that M71 as a globular is suspect.

Wikisky.org is another nice resource. You can zoom and move around at will.

Another non-globular globular is NGC 5053. Appears like the central core was stolen! It is a difficult target, but not too hard once seen for the first time. Dark skies help a lot.

#8 rowdy388

Some globulars are more prone to loosing stars to the Milky Way as they pass through the galactic plane,

especially the smaller ones with less dense cores. Over time they can get pulled like taffy. Franky I don't

believe we yet fully understand the origin of globular clusters but all open clusters in the Milky Way are born

in the arms inside the galaxy. Globula clusters orbit the center of the galaxy but as a halo like the ort cloud

around the sun and are outside the plane of our galaxy.

#9 Tony Flanders

My eyes still see more density with M11 vs M71

That depends what telescope you're using. In a small scope, M11 seems to have lots of stars all crammed together in a small area, while only the brightest stars in M71 are visible, against a bright glow of unresolved stars.

In my 12.5-inch Dob at 224X, M11 is fully resolved -- I can see each and every star -- and they are all arrayed pretty far from each other in a dull square pattern. Not an especially interesting cluster.

M71, by contrast, is still full of faint stars at the edge of visibility. An absolutely gorgeous sight, far more impressive than M11.

#10 Starkid2u

My eyes still see more density with M11 vs M71

That depends what telescope you're using. In a small scope, M11 seems to have lots of stars all crammed together in a small area, while only the brightest stars in M71 are visible, against a bright glow of unresolved stars.

In my 12.5-inch Dob at 224X, M11 is fully resolved -- I can see each and every star -- and they are all arrayed pretty far from each other in a dull square pattern. Not an especially interesting cluster.

M71, by contrast, is still full of faint stars at the edge of visibility. An absolutely gorgeous sight, far more impressive than M11.

With all due respect to your reputation and expertise, Tony, I humbly disagree with you. I've found M11 to be quite pleasing and unique, even, among Open Clusters through my ES 100* 20 MM EP and my ES 14 82* EP. I compare it favorably to the beautiful and almost ethereal M37. M71, on the other hand, has been a consistent disappointment regardless of the EP's I've used on it. The background stars are not helping, either. I have no technical reasons for these experiences, just aesthetic. Just another man's opinion. As you can see, opinions may vary.

#11 GlennLeDrew

NEVER let the appearances fool you!

A globular cluster is defined principally by age, with metalicity coming in at a close second.

M71 follows an orbit more confined toward the Galactic mid-plane than most other globulars. This naturally leads to a higher rate of member loss due to the phenomenon of disk shocking. Hence the sparse population that more resembles a rich open cluster.

The notion that Galactic tidal forces 'stretch' a cluster like 'taffy' is erroneous. The shape--be it spherical or elliptical--is determined *purely* by the internal motions of the member stars. If the orbits of member stars are truly randomly oriented, the cluster is spherical. If the orbits have some net rotation, the form is elliptical, being more eccentric the more organized the motion. Galactic tidal forces merely form leading and trailing tidal tails of rather low spatial density.

#12 BillP

. I've found M11 to be quite pleasing and unique. I compare it favorably to the beautiful and almost ethereal M37. M71, on the other hand, has been a consistent disappointment. As you can see, opinions may vary.

Beauty is always in the eye of the beholder and has little to do with anything else. The Double Cluster is a good example for me. of course spectacular in larger instruments, but it has a very haunting quality about it in a 60mm, which makes it even more special.

FWIW, here's two sketches of M11 and M71 from same observer using 300mm and 400mm scopes:

Edited by BillP, 19 September 2017 - 08:22 AM.

#13 Spacefreak1974

So one confusion I have is that i've always heard that globulars are the furthest point of the galaxy. I've heard contrary information from some posts above? One fact about them is that they are some of the oldest objects. I've heard them compared to the Trapezium in Orion. Orion continues to breed stars, but for some reason a globular cluster had its catalyst removed and growth stagnated.

Edited by Spacefreak1974, 19 September 2017 - 08:10 AM.

#14 BillP

#15 NEOhio

So one confusion I have is that i've always heard that globulars are the furthest point of the galaxy. I've heard contrary information from some posts above? One fact about them is that they are some of the oldest objects. I've heard them compared to the Trapezium in Orion. Orion continues to breed stars, but for some reason a globular cluster had its catalyst removed and growth stagnated.

Jon

My understanding is as follows, hopefully others can correct any/all errors. An open cluster is a place in the galactic disk where stars are being born, by condensation of a cloud of (mostly hydrogen) gas. That is why some open clusters have associated nebulosity - that nebula is the cloud that is condensing to form the newborn stars. After a few stars are born, their stellar winds tend to blow away the cloud of gas, hence some open clusters are "naked" and do not (any longer) have such a cloud. Over time, gravitational interactions with the galactic plane will then break apart the open cluster in most cases, so they are on the order of millions to tens of millions of years old in many cases. So, the characteristics are (1) young stars, usually hot white ones at least that we see (I recall an article stating that the Orion nebula actually has a ton of brown dwarfs, but we don't see them), (2) usually in the galactic plane where gas is at highest density, (3) maybe some associated nebulosity (4) varying compactness depending upon their age, usually spreading out over time. The limiting case is something like the Alpha Persei moving cluster, which is mostly no longer gravitationally bound but the stars are still moving along in the same general direction.

OTOH, a globular cluster is ancient, on the order of billions to 10 billion years or older, formed either with the galaxy (or maybe before?) or possibly the remaining core of a "cannibalized" galaxy whose stars have been mostly absorbed by the Milky Way. They orbit the Milky Way and may pass through the galactic plane during that orbit. Any gas has been long ago used up in star formation or blown away by stellar winds. So the characteristics are (1) old stars, (2) usually out of the galactic plane but not necessarily (remember, "passing through" the galactic plane may take millions of years or longer), (3) no associated nebulosity and (4) usually compact due to ages of gravitational pull but can be "loosened up" as they pass through the galactic plane.

#16 rowdy388

I find them both fascinating and beautiful in different ways. M11 is bigger and brighter with

most of its stars of uniform magnitude and separation. M11 is called the Flying Duck Cluster

but only resembles a duck formation with small aperture scopes. M71 looks more like a duck

formation to me, or being in Sagitta, I like to think of it as an arrowhead. Both clusters benefit

from using larger apertures but M71 benefits more as more of its members become visible.

Also both clusters benefit visually from being in busy regions inside the galactic plane, a place

M71 spends more of its time than most globulars.

#17 sg6

Likely a few reasons. M11 is relatively close and I assume in the milky way, whereas M71 is much further out and I assume is orbiting the milky way.

M11 will have formed from a condensing nebula - within the milky way and open clusters are younger.

Gives 2 aspects, 1: It has not had time to disperse yet, 2: the stars are likely to be young white stars.

M71 if a globular is gravitationally bound and the stars are older, usually a greater red aspect in spectral terms.

M11 is 6.3Kly away whereas M71 is 13Kly, a quick click on Wiki and a bit of guessing would seem that Open clusters are up to 10Kly away and Globulars over 10Kly. Not the best way as we are not sat centrally in the milky way.

My guess is that open clusters are inside the milky way whereas globulars are outside but orbiting the milky way, with the following criteria that globulars are gravitationally bound to maintain being a cluster whereas an open clusters starts sort of bound but can and may drift apart.

#18 Tony Flanders

M11 is 6.3Kly away whereas M71 is 13Kly, a quick click on Wiki and a bit of guessing would seem that Open clusters are up to 10Kly away and Globulars over 10Kly.

No, this is a selection effect, not an inherent property of open clusters versus globular clusters. Open clusters are vastly more abundant than globular clusters, which is why there are tons of open clusters within 10,000 light-years of Earth, but only a handful of globular clusters that close. (M4 is arguably the closest, at 7,2000 light-years.) There are presumably tons of open clusters on the far side of the Milky Way, 50,000 light-years from us. But because open clusters are inherently faint and blend easily into the background, they are difficult or impossible to detect from that distance. We have presumably cataloged far fewer than 1% of all our galaxy's open clusters.

Globular clusters are quite rich in stars, and therefore inherently much brighter than open clusters. There is some overlap -- really rich open clusters like M11, M37, and the two halves of the Double Cluster might have more stars than really sparse globular clusters, like NGC 5053. But many globular clusters have more than 100,000 stars, and as far as I know no open cluster even comes close to that number. Because globulars are so bright, they are relatively easy to detect even on the far side of the galaxy -- unless they're very heavily obscured by dust. Most astronomers think we have cataloged at least 90% of our galaxy's globulars. Certainly well over 50%.

That is one of the reasons why globular clusters are so much longer-lived than open clusters. The combined gravity of 100,000 stars is very effective at holding a cluster together. Open clusters, being much less massive, lose their stars much more rapidly.

The other big difference is that all open clusters are fairly close to our galaxy's thin spiral disk, where they are most subject to disruption by tides and encounters with other stars, nebulae, or clusters. Globular clusters are more uniformly distributed in 3D some are quite close to the thin disk, but many are not.

All objects that are "in" our galaxy orbit it. That includes open clusters, globular clusters, and our own Sun.

For reasons that are poorly understood, all globular clusters in our own galaxy are quite old. However, that is not true of all galaxies some globulars in other galaxies are less than 1 billion years old. There is some thought that the Tarantula Nebula, in the nearby Large Magellanic Cloud, is a globular cluster in the process of formation.

M71 is exceedingly close for a globular cluster but more distance than the overwhelming majority of open clusters that are routinely observed by amateurs. If M71 were at M11's distance, it would seem impressive indeed!


Is Jupiter still an anomaly? - Astronomie

Recently, someone who saw my Web page about Great Red Spot transit times asked for the formulae or algorithms I used to determine my results. I was not able to give a really simple answer to that question.

In determining GRS transit times, you start by finding out the longitude of the GRS on Jupiter. There are two complications to this: first, the GRS is a cloud feature, and like any other cloud feature, it moves slowly around the planet. Sky & Telescope often publishes updated values for the GRS longitude, as do some other Web sites.

The second complication is that Jupiter has three different systems of longitude. This problem arises because Jupiter doesn't rotate as a solid object clouds near the equator rotate a little faster than those closer to the poles. So System I is used for measuring features close to the equator, and System II for features in the temperate regions. And when radio bursts were detected on Jupiter, it was found that they rotate at yet a third rate, so a System III had to be created. This is the rate of rotation of the core of Jupiter, and is of essentially no interest to visual observers. The GRS is far enough from the equator to be measured in System II.

Actually computing these central meridians tends to be painful. At one time, I used the method described by Jean Meeus in Astronomical Algorithms . I suspect that Meeus' method is in widespread use, since Astronomical Algorithms is perhaps the most commonly used reference work for astronomical computing. He provides a precise method that relies on getting exact positions of Jupiter and the Earth, plus a great deal of spherical trigonometry. I later switched to an equally precise, but still very complex, method based on vector and matrix manipulations.

There is a BASIC program to determine the Jovian central meridian in Systems I and II from the Sky & Telescope site. With small modifications, it could also include System III, though I dunno if anyone would care very much. The same site also gives a BASIC program for the central meridian of Mars. Both are based on slightly more complicated (and probably more accurate) algorithms than those given below, but aren't too tough to deal with.

As if that weren't enough, Dan Bruton has posted a different BASIC program to determine Jovian central meridia, based on one published in Astronomie magazine. It only gives System II longitudes (which is all you need for the GRS.)

When I originally got the inquiry on this subject, it occurred to me that it might be possible to compute the central meridians more simply. After a bit of work, I found a method that is accurate to about a degree, good enough to provide GRS transit times to within about a minute. This method is vraiment simple, and accurate enough for most purposes.

The crux of the method is the realization that the central meridians are essentially simple linear functions of time, plus a correction.

where 'jd' is the Julian Day, and the 'correction' is computed as follows:

(All of the above angles are in degrees.) That's essentially all there is to the method, aside from the usual discarding of multiples of 360 degrees.

Once you have the current System II central meridian for a given time, computing the next (or previous) GRS transit time is a snap. Suppose you know that the current System II central meridian is 123.5 degrees, and you've looked on the Sky & Telescope Web site (or in a current issue of the magazine) and found that the GRS longitude is about 74 degrees. So we've gone (123.5 - 74), or 49.5, degrees past the last transit. Look at the above formula for System II, and you'll see that Jupiter rotates at about 870.187 degrees a day. So the last transit must have been (49.5 / 870.187), or about .057, days ago.

Similarly, the next transit is (74 + 360 - 123.5) degrees ahead of us, or 310.5 degrees. Dividing again by 870.187, the next transit lies .357 days in the future. (In these GRS computations, we're taking advantage of the fact that the "correction" varies slowly with time. It won't change much over these day-to-day intervals.)

So how do these formulae work? You don't need to know this if you just want to use the formulae, but you may be curious as to where they came from. If so, read on:

If you were observing from the sun, and if Jupiter moved in a circular orbit, the "correction" would be zero, all the time. Jupiter would appear to rotate at absolutely constant rates in each system. Of course, most of us observe from Earth, and Jupiter is in a somewhat eccentric orbit. So we see Jupiter from a slightly varying angle, and it appears to slow down and speed up very slightly in a periodic way. That's where the "correction" comes in. It consists of four sine and cosine terms. (For greater accuracy, still more terms could be added. But these are the four largest terms.)

The first term has an amplitude of about eleven degrees and period about 400 days, the average time between oppositions of Jupiter (or "synodic period"). We have to include it because, as seen from Jupiter, the Earth can be as much as eleven degrees from the sun. This term contributes nothing when the Earth, Sun, and Jupiter are in a straight line (conjunction or opposition), but up to 11 degrees at times in between.

The second term, with an amplitude of about five degrees, reflects the time it takes for light to cross the orbit of the earth. When Jupiter is at opposition, we're about sixteen light-minutes closer to it than we are when Jupiter is in conjunction with the sun. Over those sixteen minutes, Jupiter can rotate about ten degrees.

The remaining two terms involve the eccentricity of Jupiter's orbit. The third term, of amplitude 1.25 degrees, is also a "light-time lag" term. In this case, it means that Jupiter is about .5 AU closer to us at perihelion than it is at aphelion. .5 AU is about four light-minutes, and during that time, Jupiter could rotate about 2.5 degrees.

The final term, again of amplitude 11 degrees, is caused by Jupiter moving faster in its orbit at perihelion than it does at aphelion. To include this, the "correction" term must include the "equation of the center", the difference between Jupiter's true anomaly and mean anomaly. This can be approximated quite closely as a sine term.

Several of the constants in the above formulae came from Astronomical Algorithms. I got the rotation rates from the Bureau des Longitudes, and derived the remaining data.

Small but important change: Jan Šlégr pointed out that the value for System III wasn't quite right. It looks as if I used a slightly inaccurate value for the rotation rate in that system (it wasn't given to enough decimal places). To fix this, the formula


Implications for life on Earth … and elsewhere

Jupiter-like planets are uncommon — "only about 10 percent of sunlike stars host them," Batygin said. This suggests "planetary systems like our own are also expected to be rare." In addition, only the formation of Saturn in the solar system pulled Jupiter back and allowed Mercury, Venus, Earth and Mars to form.

One implication of these findings is that life as it is known on Earth might be rarer in the universe than previously thought.

"While Earth-mass planets may indeed be plentiful in the galaxy, truly Earth-like planets, with low atmospheric pressures and temperatures on the surfaces, are likely an exception to the rule," Batygin said. "A distant analog that comes to mind is Venus — Venusian atmospheric pressure is 90 times greater than that of the Earth and the surface temperature is about 450 degrees Celsius (842 degrees Fahrenheit)."[Our Solar System, from the Inside Out (Infographic)]

"Even with a relatively low-mass atmosphere, Venus is not hospitable to life as we know it. One can only imagine the kinds of extreme environments that are typical of extrasolar planets," Batygin said. "This is all to say that life that has evolved on Earth is not well suited to other planets. If solar system exploration and the search for exoplanets have taught us one thing, however, it is to never underestimate the physical diversity of planetary systems. Therefore, extrasolar life, where it exists, will differ substantially from our common definition and thrive in its own unique environment that is unlike anything we are used to."

Another potential consequence of these findings is that "Jupiter-like planets and populations of super-Earths should be mutually exclusive, and as a rule will not be hosted by the same stars," Batygin said. NASA's Kepler space observatory's "Second Light" mission can scan the skies to begin testing this prediction, and NASA's planned Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) can explore it further, Batygin said.

Batygin and Laughlin detailed their findings online today (March 23) in the journal Proceedings of the National Academy of Sciences.


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