Een NAS-sonde in een baan om de aarde heeft twee belangrijke voorspellingen van de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein bevestigd, die beschrijft hoe de zwaartekracht ervoor zorgt dat massa’s de ruimtetijd om hen heen kromtrekken.
De Gravity Probe B-missie werd in 2004 gelanceerd om twee aspecten van Einsteins theorie over zwaartekracht te bestuderen: het geodetische effect, of de kromming van ruimte en tijd rond een zwaartekrachtlichaam; en frame-dragging, dat de hoeveelheid ruimte en tijd beschrijft die een ronddraaiend object met zich meetrekt terwijl het draait.
“Stel je de aarde voor alsof ze is ondergedompeld in honing,” zei Francis Everitt, hoofdonderzoeker van Gravity Probe B, van de Stanford University in een verklaring. “Terwijl de planeet draait, zou de honing eromheen wervelen, en het is hetzelfde met ruimte en tijd. GP-B bevestigde twee van de meest diepgaande voorspellingen van Einsteins universum, met verreikende implicaties voor het hele astrofysica-onderzoek.”
Gravity Probe B gebruikte vier ultra-precieze gyroscopen om de twee zwaartekrachthypothesen te meten. De sonde bevestigde beide effecten met ongekende precisie door zijn instrumenten te richten op een enkele ster, IM Pegasi genaamd.
Als de zwaartekracht geen invloed had op ruimte en tijd, zouden de gyroscopen van de sonde altijd in dezelfde richting wijzen terwijl hij zich in een polaire baan rond de aarde bevond. De gyroscopen ondergingen echter kleine maar meetbare veranderingen in de richting van hun draaiing terwijl de zwaartekracht van de aarde er aan trok, waarmee Einsteins theorieën werden bevestigd.
“De missieresultaten zullen een langetermijnimpact hebben op het werk van theoretische natuurkundigen,” zei Bill Danchi, senior astrofysicus en programmawetenschapper op het NASA-hoofdkwartier in Washington. “Elke toekomstige uitdaging aan Einstein’s theorieën van de algemene relativiteit zal moeten zoeken naar meer nauwkeurige metingen dan het opmerkelijke werk dat GP-B heeft bereikt.”
Een lange tijd op komst
Deze resultaten vormen de afsluiting van een van de langstlopende projecten in de geschiedenis van de NASA. De ruimtevaartorganisatie raakte in 1963 betrokken bij de ontwikkeling van een relativiteits-gyroscoopexperiment.
Decennia van onderzoek en testen leidden tot baanbrekende technologieën om omgevingsstoringen te beheersen die het ruimtevaartuig zouden kunnen beïnvloeden, zoals aërodynamische weerstand, magnetische velden en thermische variaties. Bovendien waren de ster tracker en gyroscopen van de missie de meest nauwkeurige ooit ontworpen en geproduceerd.
Het Gravity Probe B-project heeft geleid tot verbeteringen in GPS-technologieën die helpen vliegtuigen naar landingen te leiden. Aanvullende innovaties werden toegepast op NASA’s Cosmic Background Explorer-missie, die nauwkeurig de achtergrondstraling van het heelal heeft bepaald die is overgebleven van kort na de oerknal.
Het door Gravity Probe B gepionierde sleepvrije satellietconcept maakte een aantal aardobservatiesatellieten mogelijk, waaronder NASA’s Gravity Recovery and Climate Experiment. Deze satellieten leveren de meest nauwkeurige metingen van de vorm van de aarde, die van cruciaal belang zijn voor navigatie op het land en op zee, en voor het begrijpen van de relatie tussen oceaancirculatie en klimaatpatronen.
Gravity Probe B’s wide reach
De Gravity Probe B-missie fungeerde ook als een oefenterrein voor studenten in de hele Verenigde Staten, van kandidaten voor doctoraten en masters tot undergraduates en middelbare scholieren. In feite werd een student die aan de missie werkte de eerste vrouwelijke astronaut in de ruimte, Sally Ride.
“GP-B voegt op belangrijke manieren toe aan de kennisbasis over relativiteit, en de positieve impact zal worden gevoeld in de carrières van studenten wier opleidingen werden verrijkt door het project,” zei Ed Weiler, associate administrator voor het wetenschapsmissie directoraat op het NASA hoofdkwartier.
Zwaartekrachtsonde B voltooide zijn gegevensverzamelingsoperaties en werd in december 2010 ontmanteld. De bevindingen van de sonde werden online gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters.
Volg SPACE.com voor het laatste nieuws over ruimtewetenschap en -exploratie op Twitter @Spacedotcom en op Facebook.
- 6 Vreemde feiten over zwaartekracht
- Top 10 Vreemdste Dingen in de Ruimte
- Twisted Physics: 7 verbazingwekkende bevindingen