Nasa:n Maata kiertävä luotain on vahvistanut kaksi keskeistä ennustetta Albert Einsteinin yleisestä suhteellisuusteoriasta, joka kuvaa, miten painovoima saa massat vääristämään aika-avaruutta niiden ympärillä.
Gravity Probe B -luotain lähetettiin vuonna 2004 tutkimaan kahta Einsteinin painovoimateorian näkökohtaa: geodeettista vaikutusta eli avaruuden ja ajan vääristymistä painovoimaisen kappaleen ympärillä sekä kehysvetoa (frame-dragging), joka kuvaa sitä, kuinka paljon avaruutta ja aikaa pyörivät kappaleet vetävät mukanaan pyöriessään.
”Kuvittele maapallo ikään kuin se olisi upotettu hunajaan”, Stanfordin yliopiston fyysikko Francis Everitt, Gravity Probe B:n päätutkija, sanoi lausunnossaan. ”Planeetan pyöriessä hunaja sen ympärillä pyörisi, ja sama pätee myös avaruuteen ja aikaan”. GP-B vahvisti kaksi Einsteinin maailmankaikkeuden syvällisintä ennustetta, joilla on kauaskantoisia vaikutuksia koko astrofysiikan tutkimukseen.”
Gravity Probe B käytti neljää erittäin tarkkaa gyroskooppia kahden gravitaatiohypoteesin mittaamiseen. Luotain vahvisti molemmat vaikutukset ennennäkemättömällä tarkkuudella kohdistamalla instrumenttinsa yhteen tähteen nimeltä IM Pegasi.
Jos painovoima ei vaikuttaisi avaruuteen ja aikaan, luotaimen gyroskoopit osoittaisivat aina samaan suuntaan sen ollessa napapiirin kiertoradalla Maan ympärillä. Kuitenkin gyroskoopit kokivat pieniä mutta mitattavissa olevia muutoksia pyörimissuunnassaan, kun Maan painovoima veti niitä, mikä vahvisti Einsteinin teorioita.
”Tehtävän tuloksilla on pitkäaikainen vaikutus teoreettisten fyysikoiden työhön”, sanoo Bill Danchi, vanhempi astrofyysikko ja ohjelmatutkija NASAn päämajassa Washingtonissa. ”Jokaisessa tulevassa Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian kyseenalaistamisessa on pyrittävä tarkempiin mittauksiin kuin GP-B:n tekemä merkittävä työ.”
Kauan odotettu
Tulokset päättävät yhden NASAn historian pisimpään jatkuneista hankkeista. Avaruushallinto tuli mukaan suhteellisuushyrräkokeen kehittämiseen vuonna 1963.
Vuosikymmeniä kestäneet tutkimukset ja testit johtivat uraauurtaviin teknologioihin, joilla voitiin hallita avaruusalukseen vaikuttavia ympäristöhäiriöitä, kuten aerodynaamista vastusta, magneettikenttiä ja lämpövaihteluita. Lisäksi tehtävän tähtipaikannin ja gyroskoopit olivat tarkimmat koskaan suunnitellut ja valmistetut.
Gravity Probe B -projekti on johtanut edistysaskeliin GPS-teknologioissa, jotka auttavat ohjaamaan lentokoneita laskeutumiseen. Lisäinnovaatioita sovellettiin NASAn Cosmic Background Explorer -operaatiossa, jossa määritettiin tarkasti maailmankaikkeuden taustasäteily, joka jäi jäljelle pian alkuräjähdyksen jälkeen.
Gravity Probe B:n uraauurtava vetovoimaton satelliittikonsepti mahdollisti useita maapalloa tarkkailevia satelliitteja, mukaan lukien NASAn Gravity Recovery and Climate Experiment. Nämä satelliitit tarjoavat tarkimmat mittaukset Maan muodosta, jotka ovat ratkaisevan tärkeitä navigoinnille maalla ja merellä sekä valtamerten kiertokulun ja ilmastomallien välisen suhteen ymmärtämiselle.
Gravity Probe B:n laaja ulottuvuus
Gravity Probe B:n operaatio toimi myös harjoittelualustana opiskelijoille eri puolilla Yhdysvaltoja tohtori- ja maisteritutkintoa suorittavista ehdokkaista perustutkinto-opiskelijoihin ja lukiolaisiin. Itse asiassa yhdestä tehtävän parissa työskennelleestä opiskelijasta tuli ensimmäinen naisastronautti avaruudessa, Sally Ride.
”GP-B lisää suhteellisuusteoriaa koskevaa tietopohjaa merkittävällä tavalla, ja sen myönteinen vaikutus näkyy niiden opiskelijoiden uralla, joiden koulutusta hanke rikastutti”, sanoi Ed Weiler, NASAn tiedeoperaatioiden osaston apulaishallinnoija.
Gravity Probe B sai tiedonkeruutoimintonsa päätökseen ja se poistettiin käytöstä joulukuussa 2010. Luotaimen tulokset julkaistiin verkossa Physical Review Letters -lehdessä.
Seuraa SPACE.comia uusimpien avaruustiede- ja tutkimusuutisten perässä Twitterissä @Spacedotcom ja Facebookissa.
- 6 outoa faktaa painovoimasta
- Top 10 oudointa asiaa avaruudessa
- Kieroutunutta fysiikkaa: 7 tajunnanräjäyttävää löydöstä