Gravity probe b: земля искривляет и закручивает пространство
Всё, точка. Похоже, споров на тему правильности теории относительности не так долго осталось ждать станет меньше. Спутник для измерения гравитационных возмущений пространства около Почвы подтвердил, что Эйнштейн был прав.
Тело огромной массы – отечественная планета – вправду искривляет пространство, закручивая его своим вращением.
Миссия Gravity Probe B была придумана чтобы учёные смогли наконец-то завершить бесчисленные споры около неспециализированной теории относительности Эйнштейна. Массивное вращающееся тело, в соответствии с ей, должно искривлять пространство-время около себя, и данный тезис продолжительно не давал спокойствия многим ярким (и не весьма ярким) умам.
Дабы подтвердить, что такое явление имеет место, исследователи NASA в сотрудничестве с сотрудниками из Стэндфордского университета (Stanford University) подготовили и запустили спутник, предназначенный для регистрирования гравитации Почвы.
Ротор гироскопа для Gravity Probe B — одна из четырёх самых верных сфер, когда-либо сделанных человеком.
Масштабы данной ответственной запчасти, как видите, малы, но значение для науки — неизмеримо (фото с сайта einstein.stanford.edu).
Это случилось практически три года назад – 20 апреля 2004 года. Но подготовка стартовала ещё раньше: стэндфордские доктора наук занялись разработкой идеи аж в 1959-м, а NASA начало спонсировать его в первой половине 60-ых годов двадцатого века.
Это самый долгий научный проект, которым когда-либо занимались эти организации. Кстати, он "настойчиво попросил" не только громадных ресурсов времени, но и внушительных финансов — $760 миллионов.
Так что было бы достаточно необычно, в случае если б внезапно спустя сорок с лишним лет что-то имело возможность пойти не так.
Главная аппаратура Gravity Probe B складывается из совокупности четырёх телескопа и гироскопов. Последний нужен для определения начальной ориентации спутника и был направлен на HR8703 – двойную звезду в созвездии Пегаса.
Гироскоп Gravity Probe B: статичный корпус и шариковый ротор (фото с сайта einstein.stanford.edu).
Первоначально оси вращения каждого гироскопа сонаправлены с осью телескопа, но из-за ожидаемого искажения пространства допускалось, что их ориентация со временем изменится. Соответственно, основная задача – это регистрация всех этих отклонений.
Как легко видеть, мысль аппарата несложная, но необходимо дать должное таланту людей, создавших узкую аппаратуру для спутника. Так, для этого было нужно создать гироскопы (самые правильные в мире) на базе роторов – самых совершенных сфер из всех, когда-либо сделанных человеком.
В течение 17 месяцев спутник собирал нужные сведения (главные подробности данной части миссии изложены в отечественном материале). Затем учёным потребовалось порядка 18 месяцев для анализа собранных сведений, и сейчас они смогли сделать кое-какие серьёзные выводы из данной информации.
Gravity Probe B в художественном изображении (иллюстрация Katherine Stephenson, Stanford University and Lockheed Martin Corporation).
Эти Gravity Probe B разрешили сделать выводы о правильности неспециализированной теории относительности, предвещающей искривление пространства массивным вращающимся телом – отечественной планетой. Кроме этого исследовательский коллектив под управлением доктора наук Френсиса Эверитта (Francis Everitt) из Стэндфордского университета, занимавшийся обработкой данных, смог кроме этого найти и другие, ранее малоизвестные эффекты.
Во-первых, как сообщается в пресс-релизе Стэндфорда, установлено самое основное, в частности — существование предсказанных Эйнштейном эффектов.
Один – так называемая геодезическая прецессия. Она появляется из-за искривления пространства Почвой, и её величина совпала с теоретически предсказанной, с отклонением в 1%.
Второй — прецессия за счёт увлечения инерциальной совокупности координат Почвой, как бы захватывающей за собой пространство при вращении. Данный эффект проявляется в 170 раз не сильный, чем геодезическая прецессия.
Учёные выяснили её наличие, но об её правильном значении сказать до тех пор пока что тяжело: значение искажений, внесённых техникой, громадно, и исследователи на данный момент трудятся над тем, как внести коррективы в эти величины.
Схематическое изображение трансформации оси вращения на протяжении опыта Gravity Probe B. Тут отклонения для наглядности существенно усилены и обозначены цифрами: 1 — геодезическая прецессия (образовывает порядка 6,606 арксекунды в год), 2 — прецессия за счёт увлечения инерциальной совокупности координат (приблизительно 0,039 арксекунды в год).
Слева вверху на каждом кадре яркой точкой обозначена звезда, на которую наводится телескоп (иллюстрация с сайта York University/Dr. N. Bartel).
Также, в ходе анализа данных сенсоров Gravity Probe B учёные сделали несколько вторых увлекательных открытий.
Спутник, двигаясь по орбите, совершает кроме этого перемещение, которое связано с «дрожанием» его оси вращения. Ожидалось, что эти колебания будут неизменными, но стало известно, что они со временем уменьшаются.
Кроме этого обнаружилось, что оси гироскопов, установленных на борту спутников, подвергаются действию неких дополнительных малых вращательных моментов.
Как выяснилось, оба явления связаны с происхождением областей с электростатическими зарядами на поверхностях спутника и вращающихся частей (гироскопов). До запуска учёные знали об этом эффекте, но думали, что его среднее действие окажется нулевым, но практика опровергла это предположение.
В скором будущем эти эффекты будут подробно изучены, после этого выяснят их правильные размеры и лишь затем исключат из результатов.
Доктор наук Френсис Эверитт говорит о предварительных итогах обработки данных Gravity Probe B. Для этого ему было нужно выполнить сложный исследовательский путь, продолжавшийся более 40 лет (фото с сайта einstein.stanford.edu).
Как утверждают исследователи, участвующие в миссии, ими представлены до тех пор пока что лишь предварительные выводы работы. Итоги они собираются подвести в декабре 2007 года – по окончании того, как будет совершён более глубочайший и тщательный анализ данных.
И ещё. Создатели Gravity Probe B не только сделали его в виде громадной железяки для околоземной орбиты, но и спроектировали его бумажную модель (файл PDF, 6 мегабайтов).
Так что в случае если у вас имеется принтер, ножницы, бумага, клей, и мало времени, то и вы имеете возможность приобщиться к изучению искривлённости пространства – хоть на данный момент.
