Krótki esej o tym, co się kręci wokół czego i jak bardzo to, co nam się wydaje, takie nie jest.

Ponieważ świętujemy Rok Mikołaja Kopernika, będziemy często słyszeć o tym, jak to zatrzymał on Słońce i ruszył Ziemię, ale warto pamiętać, że choć zmiana optyki była naukowym przełomem, to z czasem odkryliśmy też, że krążenie Ziemi (i innych planet) wokół naszej gwiazdy nie jest tak proste, jak się wydaje. Dlaczego?

Wszystkiemu znowu winna grawitacja, a raczej fakt, że jednorodne pole grawitacyjne to trochę taki jednorożec, a więc tak naprawdę hipotetycznie istnieje ono tylko na poziomie cząstek. W astronomii barycentrum (zwane potocznie środkiem ciężkości) danego ciała lub układu ciał to punkt przyłożenia wypadkowej siły grawitacji danego ciała/układu. Nie jest to fizyczny obiekt, a raczej koncept, który pozwolił na przykład na stworzenie Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (International Celestial Reference System, ICRS), będącego połączeniem barycentrycznego (naszego układu słonecznego) centrum odniesienia i centrum geocentrycznego.

Co jednak barycentrum oznacza dla nas? Ano to, że kiedy mówimy, że Ziemia czy Jowisz krążą wokół Słońca, a Księżyc wokół Ziemi albo Pluton i Charon „wokół siebie”, poświadczamy astronomiczną nieprawdę (chociaż na potrzeby codziennego życia mniej więcej przekazujemy potrzebną informację).

Otóż w astronomii środek ciężkości nie wypada „na środku” (tak, wiem, wszyscy zdążyli przywyknąć do dziwactw astronomii od czasu, kiedy dowiedzieli się, że tlen jest metalem) w taki sposób, że siła grawitacji jednego obiektu powoduje poruszanie się innych „dokoła” (czyli po orbicie). Wypada on w tym miejscu, w którym znajduje się wypadkowy środek ciężkości ciał. Oznacza to, że jeśli mamy dwa ciała, z których jedno jest znacząco bardziej masywne (Ziemia), a drugie mniej (Księżyc) i znajdują się one względnie blisko, to mniejsze ciało będzie orbitować dokoła większego, ale… tak naprawdę w tym przypadku barycentrum znajduje się nie w środku Ziemi, tylko około 4,671 km od niego! Dzięki temu zjawisku możemy na przykład odkrywać masywne planety krążące na orbicie blisko gwiazd: gwiazda wydaje się „chybotać” w związku z grawitacją planety. Podobnie minimalnie „przesuwa się” Ziemia.

W przypadku obiektów o zbliżonej masie, czyli na przykład Plutona i Charona, sprawa ma się nieco inaczej: barycentrum wypada poza Plutonem, w związku z czym oba ciała zdają się krążyć wokół siebie, a tak naprawdę ich orbity wyznacza barycentrum, wokół którego oba krążą. Taki układ często nazywamy układem binarnym, a tutaj dodatkowo oba obiekty mają orbity synchroniczne.

Zapewne już domyślacie się, jak to wygląda w przypadku układu z wieloma ciałami: kiedy dodamy odległości i różne masy, okaże się, że tak naprawdę nic nie krąży „wokół” Słońca w naszym układzie słonecznym: wszystko opiera się na dynamicznie zmieniającym się barycentrum. W przypadku planet w naszym najbliższym sąsiedztwie wypada ono rzeczywiście „na środku” Słońca (choć nie idealnie), ale na przykład z Jowiszem jest już inaczej: ogromna odległość oraz masa planety powodują, że… barycentrum wypada „ponad powierzchnią” Słońca. Z kolei barycentrum całego układu słonecznego łącznie to oczywiście wypadkowa dla całego układu, zmieniająca się zależnie od tego, gdzie w danym miejscu na orbicie znajdują się planety (bo zmienia się siła grawitacji pomiędzy nimi).

Na potrzeby popularnonaukowe i codzienne oczywiście upraszczamy, podobnie jak upraszczamy wiele innych koncepcji, stosując na przykład odniesienia ziemskie do zjawisk w kosmosie, warto jednak pamiętać o tym, że nie do końca krążymy wokół naszej gwiazdy!