En NASA-sond i omloppsbana runt jorden har bekräftat två viktiga förutsägelser i Albert Einsteins allmänna relativitetsteori, som beskriver hur tyngdkraften får massor att förvränga rum-tiden runt dem.
Uppdraget Gravity Probe B lanserades 2004 för att studera två aspekter av Einsteins teori om gravitation: den geodetiska effekten, eller förvrängningen av rum och tid runt en gravitationskropp, och frame-dragging, som beskriver den mängd rum och tid som ett snurrande objekt drar med sig när det roterar.
”Föreställ dig jorden som om den vore nedsänkt i honung”, säger Francis Everitt, fysiker vid Stanford University och huvudansvarig för Gravity Probe B, i ett uttalande. ”När planeten roterar skulle honungen runt omkring virvla, och det är samma sak med rum och tid. GP-B bekräftade två av de mest djupgående förutsägelserna i Einsteins universum, vilket har långtgående konsekvenser för hela den astrofysiska forskningen.”
Gravity Probe B använde fyra ultraprecisa gyroskop för att mäta de två gravitationshypoteserna. Sonden bekräftade båda effekterna med oöverträffad precision genom att rikta sina instrument mot en enda stjärna kallad IM Pegasi.
Om gravitationen inte påverkade rum och tid skulle sondens gyroskop alltid peka i samma riktning när den befann sig i polär bana runt jorden. Gyroskopen upplevde dock små men mätbara förändringar i sin snurrriktning medan jordens gravitation drog i dem, vilket bekräftar Einsteins teorier.
”Uppdragets resultat kommer att ha en långsiktig inverkan på teoretiska fysikers arbete”, säger Bill Danchi, senior astrofysiker och programforskare vid NASA:s högkvarter i Washington. ”Varje framtida utmaning av Einsteins allmänna relativitetsteorier kommer att behöva söka mer exakta mätningar än det anmärkningsvärda arbete som GP-B utförde.”
En lång tid på väg
Dessa resultat avslutar ett av de mest långvariga projekten i NASA:s historia. Rymdorganisationen blev involverad i utvecklingen av ett experiment med ett relativitetsgyroskop 1963.
Dekennier av forskning och testning ledde till banbrytande teknik för att kontrollera miljöstörningar som kan påverka rymdfarkosten, t.ex. aerodynamiskt motstånd, magnetfält och termiska variationer. Dessutom var uppdragets stjärnspårare och gyroskop de mest exakta som någonsin konstruerats och tillverkats.
Projektet Gravity Probe B har lett till framsteg inom GPS-tekniken som hjälper till att vägleda flygplan till landningar. Ytterligare innovationer tillämpades på NASA:s Cosmic Background Explorer-uppdrag, som exakt fastställde universums bakgrundsstrålning som finns kvar från strax efter big bang.
Det dragfria satellitkonceptet som Gravity Probe B banade väg för gjorde ett antal jordobservationssatelliter möjliga, bland annat NASA:s Gravity Recovery and Climate Experiment. Dessa satelliter ger de mest exakta mätningarna av jordens form, vilket är avgörande för navigering på land och till sjöss och för att förstå förhållandet mellan havets cirkulation och klimatmönster.
Gravity Probe B:s breda räckvidd
Uppdraget Gravity Probe B fungerade också som ett övningsfält för studenter över hela USA, från kandidater för doktors- och magisterexamen till studenter på grundnivå och gymnasieelever. Faktum är att en av de studenter som arbetade med uppdraget senare blev den första kvinnliga astronauten i rymden, Sally Ride.
”GP-B bidrar till kunskapsbasen om relativitetsteori på viktiga sätt, och dess positiva inverkan kommer att märkas i karriärerna för de studenter vars utbildningar berikades av projektet”, säger Ed Weiler, biträdande administratör för Science Mission Directorate vid NASA:s högkvarter.
Gravity Probe B avslutade sin datainsamling och avvecklades i december 2010. Sondens resultat publicerades online i tidskriften Physical Review Letters.
Följ SPACE.com för de senaste nyheterna om rymdvetenskap och utforskning på Twitter @Spacedotcom och på Facebook.
- 6 konstiga fakta om gravitation
- De 10 märkligaste sakerna i rymden
- Svindlande fysik: 7 häpnadsväckande upptäckter