En NASA-sonde i kredsløb om Jorden har bekræftet to centrale forudsigelser i Albert Einsteins generelle relativitetsteori, som beskriver, hvordan tyngdekraften får masser til at forvrænge rum-tiden omkring dem.
Missionen Gravity Probe B blev opsendt i 2004 for at studere to aspekter af Einsteins teori om tyngdekraften: den geodætiske effekt, eller forvrængningen af rum og tid omkring et gravitationskroppe, og frame-dragging, som beskriver den mængde rum og tid, som et roterende objekt trækker med sig, når det roterer.
“Forestil dig jorden, som om den var nedsænket i honning,” sagde fysiker Francis Everitt fra Stanford University, som er Gravity Probe B’s chefforsker, i en erklæring. “Når planeten roterer, vil honningen omkring den hvirvle rundt, og det er det samme med rum og tid. GP-B bekræftede to af de mest dybtgående forudsigelser af Einsteins univers, hvilket har vidtrækkende konsekvenser for hele astrofysikforskningen.”
Gravity Probe B brugte fire ultrapræcise gyroskoper til at måle de to gravitationshypoteser. Sonden bekræftede begge effekter med en hidtil uset præcision ved at rette sine instrumenter mod en enkelt stjerne kaldet IM Pegasi.
Hvis tyngdekraften ikke påvirkede rum og tid, ville sondens gyroskoper altid pege i den samme retning, mens den befandt sig i en polær bane omkring Jorden. Gyroskoperne oplevede imidlertid små, men målbare ændringer i deres drejningsretning, mens Jordens tyngdekraft trak på dem, hvilket bekræftede Einsteins teorier.
“Resultaterne af missionen vil få en langsigtet indvirkning på teoretiske fysikeres arbejde”, sagde Bill Danchi, senior astrofysiker og programvidenskabsmand i NASA’s hovedkvarter i Washington. “Enhver fremtidig udfordring af Einsteins generelle relativitetsteorier vil være nødt til at søge mere præcise målinger end det bemærkelsesværdige arbejde, som GP-B har udført.”
Længe ventet
Disse resultater afslutter et af de længstvarende projekter i NASA’s historie. Rumagenturet blev involveret i udviklingen af et relativitetsgyroskopeksperiment i 1963.
Årtiers forskning og afprøvning førte til banebrydende teknologier til at kontrollere miljøforstyrrelser, der kunne påvirke rumfartøjet, såsom aerodynamisk modstand, magnetfelter og termiske variationer. Desuden var missionens stjernetracker og gyroskoper de mest præcise, der nogensinde er designet og produceret.
Projektet Gravity Probe B har ført til fremskridt inden for GPS-teknologier, der hjælper med at lede fly til landinger. Yderligere innovationer blev anvendt på NASA’s Cosmic Background Explorer-mission, som nøjagtigt bestemte universets baggrundsstråling, der er tilbage fra kort tid efter big bang.
Det slørfri satellitkoncept, som Gravity Probe B var banebrydende for, har gjort det muligt at udvikle en række jordobservationssatellitter, herunder NASA’s Gravity Recovery and Climate Experiment. Disse satellitter leverer de mest præcise målinger af Jordens form, som er afgørende for navigation til lands og til vands og for forståelsen af forholdet mellem havets cirkulation og klimamønstre.
Gravity Probe B’s brede rækkevidde
Missionen Gravity Probe B fungerede også som et uddannelsessted for studerende i hele USA, lige fra kandidater til doktorgrader og mastergrader til studerende på grundskoler og gymnasier. Faktisk blev en af de studerende, der arbejdede på missionen, senere den første kvindelige astronaut i rummet, Sally Ride.
“GP-B bidrager til vidensgrundlaget om relativitetsteori på vigtige måder, og dens positive indvirkning vil kunne mærkes i karriererne for de studerende, hvis uddannelser blev beriget af projektet”, sagde Ed Weiler, associeret administrator for Science Mission Directorate i NASA’s hovedkvarter.
Gravity Probe B afsluttede sine dataindsamlingsoperationer og blev taget ud af drift i december 2010. Sondenes resultater blev offentliggjort online i tidsskriftet Physical Review Letters.
Følg SPACE.com for at få de seneste nyheder om rumvidenskab og udforskning af rummet på Twitter @Spacedotcom og på Facebook.
- 6 mærkelige fakta om tyngdekraften
- Top 10 mærkeligste ting i rummet
- Twisted Physics: 7 Mind-Blowing Findings