Αναβλήθηκε για τον Απρίλιο η εκτόξευση του διαστημικού παρατηρητηρίου της βαρύτητας Gravity Probe B

Από την ιστοσελίδα Space.com, 2 Ιανουαρίου 2004

Η αποστολή της NASA και του Πανεπιστημίου Stanford με το όνομα "Gravity Probe B" που σκοπός της είναι ο έλεγχος της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας σε δύο τμήματά της, αναβλήθηκε για μια ακόμη φορά γιατί διαπιστώθηκε πρόβλημα σε υλικό του διαστημικού σκάφους. Τον πρωτοποριακό δορυφόρο στοχεύουν τώρα να εκτοξεύσουν κατά τις 20 Απριλίου του 2004.

Η καθυστέρηση αυτή θα αυξήσει τα ήδη υπάρχοντα έξοδα του προγράμματος, που έφτασαν τα 700 εκατομμύρια δολάρια. Εκπρόσωπος δε του προγράμματος είπε ότι ανά μήνα ξοδεύονται περίπου 4 εκατομμύρια για το Gravity Probe B (GP-B).

Οι επιστήμονες λένε ότι ξέρουν το πρόβλημα και μπορούν να το λύσουν. Αναφέρουν δε ότι τέτοια δε προβλήματα μπορούν να παρουσιάζονται σε οποιοδήποτε πρόγραμμα.

Επί πολλά χρόνια τώρα αυτό το σκάφος, που θα ερευνήσει τη Γενική Θεωρία της βαρύτητας του Αλβέρτου Αϊνστάιν,  παραμένει καρφωμένο στη Γη λόγω συνεχών τεχνικών εμπλοκών με δαπανηρές καθυστερήσεις και απειλές για την ακύρωση του προγράμματος.

Άρχισε να κατασκευάζεται το 1995 και είχε προγραμματιστεί για να πετάξει πέντε χρόνια αργότερα. Από τότε αναβάλλεται συνεχώς η εκτόξευση του.

Οι επιστήμονες όμως παραμένουν βέβαιοι, ότι το σκάφος για τον έλεγχο της βαρύτητας, Gravity Probe B, θα δώσει ανεπανάληπτα στοιχεία για το χωρόχρονο, τη φύση της ύλης και τη δομή του σύμπαντος.

Το Gravity Probe B θα κάνει πειράματα για να εξετάσει δύο προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, μετρώντας με ποιο τρόπο ο χώρος και ο χρόνος στρεβλώνονται υπό την παρουσία της γης και πώς η γήινη περιστροφή παρασέρνει το χωρόχρονο γύρω της.

Η αναζήτηση δεν είναι εύκολη.

Είναι ένα από τα πιο δύσκολα πειράματα στην ιστορία της επιστήμης και μοναδικό στο είδος του. Οι επιστήμονες και οι μηχανικοί αντιμετώπισαν δε δυσκολίες στην κατασκευή των γυροσκοπίων, των υλικών, τον χειρισμό των εξαιρετικά ψυχρών ρευστών, ενώ έχουν δυσκολίες πως θα αξιολογήσουν τα περίπλοκα και λεπτά αποτελέσματα των πειραμάτων.

Όταν το GP-B φτάσει στο διάστημα, με ένα πύραυλο Δέλτα 2 από την Καλιφόρνια, η τροχιά του θα βρίσκεται σε ύψος 644 km πάνω από τους πόλους.

Η διάρκεια της αποστολής του GP-αναμένεται να τελειώσει μετά από 16 μήνες.

Τα πειράματα

Το 1916, ο Αϊνστάιν είχε προτείνει ότι ο χωρόχρονος παραμορφώνεται από μεγάλες μάζες σαν τη Γη, όπως ένα στρώμα παραμορφώνεται από μεγάλα βάρη που τοποθετούνται πάνω του. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό ότι ισχύει από παλαιότερα πειράματα.

Ανεπιβεβαίωτη, ωστόσο, παραμένει μια πρόβλεψη που διατύπωσαν άλλοι φυσικοί το 1918: Καθώς τα ουράνια σώματα μεγάλης μάζας περιστρέφονται, παρασύρουν μαζί τους τον χωροχρόνο και τον συστρέφουν.

Τα γυροσκόπια του δορυφόρου θα ελέγξουν τα δύο φαινόμενα, που θα έχουν εκτεταμένες επιπτώσεις στην κατανόησή μας για τη δομή του Σύμπαντος. Στο πείραμα θα μετρηθούν με ακρίβεια οι μικροσκοπικές αλλαγές στην κατεύθυνση της περιστροφής τεσσάρων γυροσκοπίων που θα περιλαμβάνονται στο δορυφόρο.

Το πρώτο πείραμα είναι και το πιο δύσκολο ενώ το δεύτερο (Γεωδαιτικό φαινόμενο) το σχετικά πιο εύκολο.

• Ο στροβιλισμός ή συστροφή του χωρόχρονου λόγω περιστροφής της Γης (Frame Dragging) - Ένα περιστρεφόμενο ογκώδες σώμα (σαν τη Γη) στροβιλίζει το χώρο και το χρόνο γύρω της. Ένα γυροσκόπιο που βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τη Γη δέχεται μια εξαιρετικά μικρή δύναμη, ακριβώς λόγω αυτού του στροβιλισμού, που τείνει να του προκαλέσει μια κλίση από το επίπεδο της τροχιάς του, εξαιτίας του γεγονότος ότι η Γη το παρασύρει μαζί της. Η δύναμη αυτή ονομάζεται βαρυτομαγνητική (gravitomagnetism) και θα είναι το πρώτο πείραμα, που θα διεξαχθεί στο σκάφος GP-B, ικανό να αισθανθεί αυτή την επίδραση του στροβιλισμού του χωρόχρονου. Θα την μετρήσει δε με ακρίβεια 1%.

• Γεωδαιτικό φαινόμενο (Geodetic Effect) - Σύμφωνα με τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν , ο χώρος και ο χρόνος όταν βρίσκονται κοντά σε ένα ογκώδες σώμα είναι στρεβλωμένοι. Σε ένα γυροσκόπιο, που βρίσκεται σε τροχιά κοντά στη Γη, αυτή η διαστρέβλωση (λόγω μάζας της Γης) το οδηγεί σε μια κλίση του άξονα περιστροφής του γυροσκοπίου στο επίπεδο της τροχιάς. Αυτό το φαινόμενο προβλέπεται από τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας να είναι 150 φορές μεγαλύτερη από το σύρσιμο πλαισίων. Το γεωδαιτικό φαινόμενο μετρήθηκε για πρώτη φορά το 1988. Το διαστημικό σκάφος GP-B θα μετρήσει αυτήν την επίδραση με ακρίβεια 1 προς 10.000.

Με βάση τη θεωρία του Einstein, τα δύο φαινόμενα θα έχουν σαν αποτέλεσμα την βαθμιαία αλλαγή της κατεύθυνσης περιστροφής του γυροσκοπίου που θα βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τη Γη. Η συστροφή του χωρόχρονου αναμένεται να αλλάξει την κατεύθυνση του γυροσκοπίου της περιστροφής μέχρι 42 χιλιοστά του δευτερολέπτου ανά έτος. Για σύγκριση, το γεωδαιτικό φαινόμενο αναμένεται να προκαλέσει μια πολύ μεγαλύτερη αλλαγή στην κατεύθυνση περιστροφής -- 6.600 χιλιοστά του δευτερολέπτου ανά έτος.

Η σημαντικότερη μέτρηση που θα γίνει είναι αυτή της γωνίας μεταξύ του άξονα περιστροφής των γυροσκοπίων και ενός σταθερού άξονα αναφοράς, που θα δίνεται από ένα αστέρι-οδηγού (μέσω ενός τηλεσκοπίου που θα βρίσκεται επί του σκάφους). Θα καθοριστεί το ποσοστό αλλαγής των κατευθύνσεων περιστροφής των γυροσκοπίων σε σύγκριση με την κατεύθυνση αυτού του αστεριού. Με τη βοήθεια του εξειδικευμένου τηλεσκοπίου καθοδήγησής, το διαστημικό σκάφος θα συνεχίσει να έχει σημείο αναφοράς αυτό το "αστέρι-οδηγό" για σχεδόν ολόκληρη την αποστολή του.

Τα γυροσκόπια περιέχουν τέσσερις σφαίρες από χαλαζία, σε μέγεθος μπάλας του πινγκ-πονγκ, οι οποίες είναι οι τελειότερες σφαίρες που έχουν ποτέ δημιουργηθεί. Οι σφαίρες αυτές θα περιστρέφονται σε έναν θάλαμο κενού ο οποίος θα ψύχεται κοντά στο απόλυτο μηδέν. Ο θάλαμος είναι το πλέον απομονωμένο περιβάλλον που έχει δημιουργηθεί από ανθρώπινο χέρι.

Αν οι προβλέψεις του Αϊνστάιν είναι σωστές, η βαρύτητα της Γης θα προκαλέσει ανεπαίσθητες, αλλά μετρήσιμες, μεταβολές στον άξονα περιστροφής των σφαιρών.

Τα όργανα αυτά θα τοποθετηθούν μέσα σε ένα γιγαντιαίο μπουκάλι-θερμός ειδικό για το διάστημα (δοχείο Dewar), που με τη βοήθεια υπέρψυχρου υγρού ηλίου θα διατηρεί τη θερμοκρασία πολύ χαμηλή. Επειδή τα υψηλής ακρίβειας γυροσκόπια κατασκευασμένα από χαλαζία και νιόβιο γίνονται υπεραγωγοί στις θερμοκρασίες του υγρού ηλίου. Αυτό επιτρέπει στα γυροσκόπια να μην ξοδεύουν ενέργεια.

Τα πολύ ευαίσθητα μαγνητόμετρα ανιχνεύουν οποιεσδήποτε αλλαγές στον άξονα περιστροφής του γυροσκοπίου, καθώς αυτά στροβιλίζονται 10.000 φορές το λεπτό.

Σε περίπτωση που το Gravity Probe B δώσει αποτελέσματα διαφορετικά από εκείνα που προβλέπονται από τη Γενική Σχετικότητα, τότε ο επιστημονικός κόσμος είναι σχεδόν βέβαιο ότι δεν θα τα αποδεχθεί μέχρι να επιβεβαιωθούν από μια άλλη διαφορετική αποστολή χρησιμοποιώντας το εφεδρικό υλικό του GP-Β ή από μια νέα αποστολή χρησιμοποιώντας μια διαφορετική τεχνολογία. 

Στις 18 Ιουνίου 1976 είχε πετάξει ένα άλλο διαστημικό σκάφος, το Gravity Probe A, που είχε εξετάσει για πρώτη φορά τη δομή του χωρόχρονου. Είναι γνωστό σε πολλούς επιστήμονες, σαν το "Πείραμα του Ρολογιού" ή το "Πείραμα της Ερυθρής Μετατόπισης (Red Shift)". Στο πείραμα GP-A έγιναν πειράματα για να δοκιμάσουν την ισχύ της Αρχής Ισοδυναμίας του Einstein.