Sateliti Disco-ball do ta vendosë teorinë e Ajnshtajnit në testin më të rreptë deri më tani

Një satelit i sapolançuar synon të masë se si rrotullimi i Tokës tërheq strukturën e hapësirë-kohës rreth vetes – një efekt i teorisë së përgjithshme të relativitetit të Ajnshtajnit – dhjetë herë më saktë se kurrë më parë.

Sateliti Laser Relativiteti 2 (LARES-2) u nis nga porti hapësinor i Agjencisë Evropiane të Hapësirës (ESA) në Kourou, Guiana Franceze, më 13 korrik. Ajo u ndërtua nga Agjencia Italiane e Hapësirës (ASI) me një kosto prej rreth 10 milionë euro (10.2 milionë dollarë) dhe u ngrit në fluturimin e parë të një versioni të përmirësuar të raketës evropiane Vega, të quajtur Vega C.

Performanca e raketës ishte “spektakolare”, thotë udhëheqësi i misionit Ignazio Ciufolini, një fizikant në Universitetin e Salentos në Lecce, Itali. “ESA dhe ASI e vendosën satelitin në orbitën e tij me një saktësi prej vetëm 400 metrash.” Ky pozicionim i saktë do të ndihmojë në përmirësimin e cilësisë së matjeve të studiuesve, shton Ciufolini.

“Unë mendoj se ky është një hap i madh përpara për matjen e këtij efekti,” thotë Clifford Will, një fizikant teorik në Universitetin e Floridës në Gainesville.

Struktura e LARES-2 është jashtëzakonisht e thjeshtë: është një sferë metalike e mbuluar me 303 reflektorë, pa elektronikë në bord ose kontroll lundrimi. Dizajni i ngjashëm me topin disko është i ngjashëm me atë të paraardhësit të tij LARES, një tjetër eksperiment i relativitetit të përgjithshëm i nisur në vitin 2012 dhe i një sonde të quajtur LAGEOS të vendosur nga NASA në vitet 1970, kryesisht për studimin e gravitetit të Tokës. (Lares, shqiptuar LAY-reez, ishin hyjnitë në fenë pagane të Romës së lashtë.)

LARES-2 paketon rreth 295 kilogramë material në një sferë më pak se 50 centimetra të gjerë. Dendësia e tij minimizon efektet e fenomeneve të tilla si presioni i rrezatimit nga rrezet e diellit ose tërheqja e dobët nga atmosfera e Tokës në lartësi të mëdha, thotë inxhinieri i hapësirës ajrore Antonio Paolozzi nga Universiteti Sapienza në Romë. Pas eksperimentimit me materiale të personalizuara me densitet të lartë, ekipi zgjodhi një aliazh nikeli jashtë raftit. Kjo kishte densitet të pranueshëm dhe i mundësoi LARES-2 të kualifikohej për fluturimin e parë të Vega C pa teste të shtrenjta të certifikimit të fluturimit.

Duke përdorur një rrjet ekzistues global të stacioneve me rreze lazer, Ciufolini dhe kolegët e tij planifikojnë të gjurmojnë orbitën e LARES-2 për disa vite. Ky lloj hetimi mund të vazhdojë të japë të dhëna për dekada. “Thjesht mund të ulesh dhe të dërgosh rreze lazer në të,” thotë Will. “Për sa i përket kostos, është një gjë e lirë dhe e mirë për të bërë.”

Sipas gravitetit Njutonian, një objekt që rrotullohet rreth një planeti krejtësisht sferik duhet të vazhdojë të gjurmojë të njëjtën elips, eon pas eon. Por në vitin 1913, Albert Einstein dhe bashkëpunëtori i tij Michele Besso përdorën një version paraprak të relativitetit të përgjithshëm për të sugjeruar se nëse një planet i tillë do të rrotullohej, do të bënte që orbita e satelitit të zhvendosej pak. Matematika e saktë e efektit u llogarit në vitin 1918 nga fizikanët austriakë Josef Lense dhe Hans Thirring. Llogaritjet moderne parashikojnë se efekti Lense-Thirring, një lloj “zvarritjeje e kornizës” relativiste, duhet ta bëjë rrafshin e orbitës të presë ose të rrotullohet rreth boshtit të Tokës me 8.6 milionta të një shkalle në vit.

Në praktikë, vetë Toka nuk është një sferë e përsosur, por “në formë si një patate”, thotë Ciufolini. Parregullsitë që rezultojnë në fushën gravitacionale të Tokës – pikërisht gjërat që LAGEOS ishte projektuar për të matur – shtojnë një precesion shtesë orbital që mund ta bëjë efektin relativist më të vështirë për t’u matur. Por duke krahasuar orbitat e dy satelitëve, këto parregullsi mund të anulohen.

Ciufolini, i cili ka punuar në konceptin e misionit LARES që nga teza e doktoraturës në 1984, e aplikoi për herë të parë këtë parim në 20041 për të matur zvarritjen e kornizës nga një krahasim i orbitave të LAGEOS dhe LAGEOS-2 (një sondë e ngjashme e lëshuar nga ASI). Ai dhe bashkëpunëtori i tij Erricos Pavlis, në Universitetin e Maryland-it në College Park, pretenduan se e kishin gjetur efektin me një saktësi prej 10%.

Edhe pse rezultati ishte ende i përafërt, ekipi arriti të merrte një eksperiment prej 800 milionë dollarësh të NASA-s, i cili kishte për qëllim të masë zvarritjen e kornizës me një teknikë të ndryshme. Misioni shumë kompleks Gravity Probe B, i nisur në vitin 2004, mati ndryshimet jo në trajektoren orbitale të anijes, por në prirjen e katër sferave rrotulluese, duke u zhvendosur me një pjesë të vogël të një shkalle në vit. Komplikimet e paparashikuara nënkuptonin që Sonda e Gravitetit B mund të arrinte vetëm një saktësi prej 20%, larg objektivit fillestar prej 1%2.

Ciufolini dhe ekipi i tij më pas e përmirësuan rezultatin e tyre të mëparshëm në një saktësi prej 2% me LARES, sonda e parë e krijuar në mënyrë eksplicite për këtë lloj eksperimenti3. Por kufizimet e mjetit lëshues – raketa e mëparshme Vega – nënkuptonin që LARES mund të arrinte vetëm një lartësi prej 1,450 km. LARES-2 tani është në një 5,900 km më optimale, ku parregullsitë e fushës gravitacionale të Tokës janë zbehur, por efekti i tërheqjes së kornizës është ende i fortë.

Misioni synon të arrijë në 0.2% saktësi, dhe injeksioni i saktë orbital duhet ta bëjë atë objektiv mjaft të arritshëm, thotë Ciufolini. Kjo mund t’i mundësojë ekipit të tregojë nëse relativiteti i përgjithshëm fiton mbi teoritë alternative për hapësirë-kohën, shton ai.

Thibault Damour, një fizikan teorik në Institutin e Studimeve të Avancuara Shkencore (IHES) pranë Parisit, vlerëson koston e ulët të eksperimentit. “Nëse dikush gjen një devijim [nga parashikimi teorik] ky do të ishte një rezultat i madh,” thotë Damour Por ai shton se ka pasur teste më të rrepta të relativitetit të përgjithshëm në hapësirë. Misioni Cassini i NASA-s në Saturn mati një efekt të ndryshëm të teorisë me një saktësi prej gati një pjese në 10,0004.

Edhe pse të dobëta rreth Tokës, efektet e zvarritjes së kornizës bëhen gjigante kur dy vrima të zeza rrotullohen me njëra-tjetrën dhe bashkohen. Observatorët e valëve gravitacionale mund të kenë filluar tashmë të zbulojnë efekte të tilla në orbitat përfundimtare të disa çifteve të vrimave të zeza: nga forma e valëve, ata mund të llogarisin se sa shpejt po kalonte vrima e zezë më e lehtë dhe sa shpejt po rrotullohej vrima e zezë më e rëndë. . Me zbulimin e valëve gravitacionale, të kuptuarit e tërheqjes së kornizës “është bërë thelbësore për astrofizikën”, thotë Ciufolini.