Una sonda della NASA in orbita intorno alla Terra ha confermato due previsioni chiave della teoria della relatività generale di Albert Einstein, che descrive come la gravità fa sì che le masse deformino lo spazio-tempo intorno a loro.
La missione Gravity Probe B è stata lanciata nel 2004 per studiare due aspetti della teoria di Einstein sulla gravità: l’effetto geodetico, o la deformazione dello spazio e del tempo intorno a un corpo gravitazionale; e il frame-dragging, che descrive la quantità di spazio e di tempo che un oggetto che gira tira con sé mentre ruota.
“Immaginate la terra come se fosse immersa nel miele”, ha detto in una dichiarazione il fisico dell’Università di Stanford Francis Everitt, ricercatore principale di Gravity Probe B. “Mentre il pianeta ruota, il miele intorno ad esso vortica, ed è lo stesso con lo spazio e il tempo. GP-B ha confermato due delle più profonde previsioni dell’universo di Einstein, con implicazioni di vasta portata in tutta la ricerca astrofisica”.
Gravity Probe B ha usato quattro giroscopi ultraprecisi per misurare le due ipotesi gravitazionali. La sonda ha confermato entrambi gli effetti con una precisione senza precedenti puntando i suoi strumenti su una singola stella chiamata IM Pegasi.
Se la gravità non influenzasse lo spazio e il tempo, i giroscopi della sonda punterebbero sempre nella stessa direzione mentre è in orbita polare attorno alla Terra. Tuttavia, i giroscopi hanno subito piccoli ma misurabili cambiamenti nella direzione del loro spin mentre la gravità terrestre li tirava, confermando così le teorie di Einstein.
“I risultati della missione avranno un impatto a lungo termine sul lavoro dei fisici teorici”, ha detto Bill Danchi, astrofisico senior e scienziato del programma al quartier generale della NASA a Washington. “Ogni futura sfida alle teorie della relatività generale di Einstein dovrà cercare misure più precise del notevole lavoro che GP-B ha compiuto”.
A long time coming
Questi risultati concludono uno dei progetti più lunghi della storia della NASA. L’agenzia spaziale è stata coinvolta nello sviluppo di un esperimento di giroscopio di relatività nel 1963.
Decenni di ricerche e test hanno portato a tecnologie innovative per controllare i disturbi ambientali che potrebbero influenzare il veicolo spaziale, come la resistenza aerodinamica, i campi magnetici e le variazioni termiche. Inoltre, lo star tracker e i giroscopi della missione erano i più precisi mai progettati e prodotti.
Il progetto Gravity Probe B ha portato a progressi nelle tecnologie GPS che aiutano a guidare gli aerei agli atterraggi. Altre innovazioni sono state applicate alla missione Cosmic Background Explorer della NASA, che ha determinato con precisione la radiazione di fondo dell’universo rimasta da poco dopo il big bang.
Il concetto di satellite senza resistenza pionieristico di Gravity Probe B ha reso possibile una serie di satelliti per l’osservazione della Terra, compreso il Gravity Recovery and Climate Experiment della NASA. Questi satelliti forniscono le misure più precise della forma della Terra, che sono fondamentali per la navigazione sulla terra e sul mare, e la comprensione della relazione tra la circolazione oceanica e i modelli climatici.
L’ampio raggio d’azione di Gravity Probe B
La missione Gravity Probe B ha agito anche come campo di addestramento per gli studenti di tutti gli Stati Uniti, dai candidati ai dottorati e ai master ai laureandi e agli studenti delle scuole superiori. Infatti, una studentessa che ha lavorato alla missione è diventata la prima donna astronauta nello spazio, Sally Ride.
“GP-B si aggiunge alla base di conoscenza sulla relatività in modi importanti, e il suo impatto positivo si sentirà nelle carriere degli studenti la cui educazione è stata arricchita dal progetto”, ha detto Ed Weiler, amministratore associato per la direzione della missione scientifica al quartier generale della NASA.
Gravity Probe B ha completato le sue operazioni di raccolta dati ed è stata disattivata nel dicembre 2010. I risultati della sonda sono stati pubblicati online sulla rivista Physical Review Letters.
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