Astronomija bez teleskopa - gravitācijas zonde B

Pin
Send
Share
Send

Agrīnā epizodē ir izdalīta līnija Lielā sprādziena teorija sērijas, kur aprakstīts, ka Gravity Probe B ir redzējis Einšteina prognozētā kadra vilkšanas efekta “ieskatu”. Patiesībā nav pilnīgi skaidrs, vai eksperiments spēja galīgi atšķirt kadra vilkšanas efektu no fona trokšņa, ko tās atklāšanas sistēmā rada dažas ārkārtīgi nelielas novirzes.

Neatkarīgi no tā, vai tas uzskatāms par ieskatu, kadru vilkšana (domājams pēdējais nepārbaudītais vispārējās relativitātes prognoze) un Gravity Probe B ir savstarpēji saistīti. Tātad, šeit ir īss ieskats par to, ko gravitācijas zonde B varbūt ir pamanījusi.

Gravitācijas zondes B satelīts tika palaists 2004. gadā un tika uzstādīts 650 kilometru augstumā polārā orbītā ap Zemi ar četriem sfēriskiem žiroskopiem, kas tajā griežas. Eksperimentālajā projektā tika ierosināts, ka, ja nav laika izliekuma vai rāmja vilkšanas, šiem žiroskopiem, kas pārvietojas brīvā kritiena orbītā, vajadzētu griezties ar savu rotācijas asi nevirzīti vienā virzienā ar tālu atskaites punktu (šajā gadījumā zvaigzne IM Pegasi). .

Lai izvairītos no jebkādiem elektromagnētiskiem traucējumiem, ko rada Zemes magnētiskais lauks, žiroskopus izmitināja ar svinu izklātā termosa kolbā - kuras apvalks bija piepildīts ar šķidru hēliju. Tas pasargāja instrumentus no ārējiem magnētiskiem traucējumiem un no aukstuma nodrošinātas supravadītspējas detektoros, kas paredzēti, lai uzraudzītu žiroskopu griešanos.

Lēnām no kolbas noplūstošais hēlijs tika izmantots arī kā propelents. Lai nodrošinātu, ka žiroskopi paliek brīvā kritienā, ja satelīts saskaras ar jebkādu atmosfēras pretestību - satelīts varēja veikt nelielu trajektorijas pielāgošanu, būtībā pats lidojot apkārt žiroskopiem, lai nodrošinātu, ka tie nekad nav nonākuši saskarē ar konteineru sāniem.

Tagad, kaut arī žiroskopi atradās brīvā kritienā - tas bija brīvs kritiens, kas gāja apkārt un ap kosmosa laika deformējošo planētu. Žiroskops, kas pārvietojas ar nemainīgu ātrumu diezgan tukšā vietā, ir arī bezsvara brīvā kritienā - un varētu gaidīt, ka šāds žiroskops bezgalīgi griežas ap savu asi, šai asij nekad nemainoties. Tāpat Ņūtona gravitācijas interpretācijā - kas ir spēks, kas darbojas attālumā starp masīviem objektiem - nav iemesla, kāpēc arī brīvā kritiena orbītā žiroskopa griešanās asij vajadzētu mainīties.

Bet žiroskopam, kas pārvietojas Einšteina interpretācijā par stingri izliektu telpas laiku, kas apņem planētu, tā spin asij vajadzētu “noliekties” līdz telpas-laika slīpumam. Tātad virs vienas pilnas Zemes orbītas griešanās ass galu galā norādīs nedaudz citā virzienā nekā virzienā, no kura tas sākās - skatiet animāciju šī klipa beigās. To sauc par ģeodēzisko efektu - un gravitācijas zonde B efektīvi parādīja šī efekta esamību tikai ar 0,5% varbūtību, ka dati uzrāda nulles efektu.

Bet Zeme ir ne tikai masīvs telpas un laika izliekuma objekts, bet arī rotē. Šai rotācijai teorētiski vajadzētu radīt vilkmi telpā-laikā, kurā ir iestrādāta Zeme. Tātad, šim rāmja vilkšanai vajadzētu vilkt kaut ko tādu, kas orbītā virzās uz priekšu Zemes griešanās virzienā.

Vietās, kur ģeodēziskais efekts novirza polārā orbītā esoša žiroskopa vērpšanas asi garenvirzienā - rāmja vilkšanai (sauktam arī par Lense-Thirring efektu) vajadzētu to novirzīt garenvirzienā.

Un šeit ir tas, kur gravitācijas zonde B nebija gluži piegādāta. Tika konstatēts, ka ģeodēziskais efekts nomainīs žiroskopu griešanās asi par 6 606 miliarcsekundēm gadā, savukārt rāmja vilkšanas efekts bija paredzēts to nobīdīt par 41 miliarcsesekundēm gadā. Šo daudz mazāko efektu ir grūti atšķirt no fona trokšņa, kas rodas no nelielu nepilnību rašanās pašos žiroskopos. Divas galvenās problēmas acīmredzot bija mainīgais polhodes ceļš un ņūtoniešu žiroskopa griezes momenta izpausme, kas bija lielāka, nekā gaidīts, vai arī pieņemsim tikai teikt, ka, neraugoties uz vislabākajiem centieniem, žiroskopi joprojām mazliet vilkās.

Turpinās darbs, lai no trokšņainā datu reģistra ar lielu piepūli iegūtu gaidāmos interesējošos datus, izmantojot vairākus pieņēmumus, par kuriem vēl varētu diskutēt. 2009. gada ziņojumā to drosmīgi apgalvoja kadru vilkšanas efekts tagad ir skaidri redzams apstrādātajos datos - kaut arī varbūtība, ka dati norāda uz nulles efektu, citur tiek ziņota par 15%. Tāpēc varbūt īsāks ir labāks apraksts pagaidām.

Starp citu, Gravity Probe A tika palaists jau 1976. gadā - un divu stundu orbītā efektīvi apstiprināja Einšteina sarkanā laika nobīdes prognozi līdz 1,4 daļām no 10 000. Vai arī teiksim vienkārši, ka tas parādīja, ka pulkstenis 10 000 km augstumā tika atzīts par ievērojami ātrāku nekā pulkstenis uz zemes.

Papildu informācija: Īsumā notiek gravitācijas zondes B eksperiments.

Pin
Send
Share
Send