Εκτοξεύτηκε ο Διερευνητής της Βαρύτητας (Gravity Probe B)

Από την ιστοσελίδα PhysicsWeb, 20 Απριλίου 2004

Ο δορυφόρος Gravity Probe B, που θα ελέγξει δύο μη επιβεβαιωμένες προβλέψεις - μέχρι τώρα - της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, εκτοξεύτηκε τελικά σήμερα (στις 18:57 ώρα Ελλάδος). Το πείραμα των 700 εκατομμυρίων δολαρίων, που είναι μια συνεργασία μεταξύ της NASA και του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ,  έχει μια μακρά και πολυτάραχη ιστορία που ξεκίνησε πριν 40 χρόνια. Ο δορυφόρος, που απογειώθηκε από την αεροπορική βάση Vanderburg στην Καλιφόρνια, θα βρίσκεται σε μια τροχιά 640 χιλιόμετρα πάνω από τη Γη για τους επόμενους 16 μήνες.

Το 1915, ο Αϊνστάιν δημοσίευσε τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, που έδειξε ότι η μάζα προκαλεί την κυρτότητα του χωρόχρονου. Η θεωρία του ήταν σε θέση να εξηγήσει χαρακτηριστικά γνωρίσματα στην τροχιά του Ερμή, που η νευτώνεια μηχανική δεν μπορούσε. Ενώ η πρόβλεψη της θεωρίας ότι οι φωτεινές ακτίνες από τα απόμακρα αστέρια κάμπτουν καθώς ταξιδεύουν κοντά σε τεράστια αντικείμενα, όπως ο ήλιος,  επιβεβαιώθηκε το 1921.

Κι αυτό γιατί η δομή του ίδιου του χωρόχρονου διαστρεβλώνεται από μια βαριά μάζα, κι όχι επειδή οι φωτεινές ακτίνες παρεκκλίνουν από την ευθεία διάδοση τους.

Η Γενική Σχετικότητα, επίσης, πρόβλεψε - το 1918 - ότι τεράστια σώματα, όπως είναι οι πλανήτες και τα αστέρια, θα διαστρέβλωναν τη δομή του χωρόχρονου. Αυτό το φαινόμενο - που είναι γνωστό ως γεωδαιτικό φαινόμενο - έχει εξεταστεί ήδη από μερικά πειράματα, αλλά με τον Διερευνητή της Βαρύτητας Β θα γίνουν πολύ πιο ακριβείς μετρήσεις. Εντούτοις, ο Αϊνστάιν πρόβλεψε ότι τέτοια τεράστια σώματα, επίσης, θα 'έστεφαν' το χωρόχρονο μαζί τους καθώς περιστρέφονται. Ονομάζεται δε συστροφή του χωρόχρονου λόγω περιστροφής της Γης ή φαινόμενο Lense - Thirring και είναι εξαιρετικά μικρό και δεν έχει μετρηθεί ποτέ πριν.

Για το πείραμα θα χρησιμοποιηθούν Υπεραγωγικές Κβαντικές Συσκευές Συμβολής (SQUID) για να μετρηθούν μικροσκοπικές αλλαγές (ακόμα και 0,041 του ενός δευτερολέπτου της μοίρας) στους προσανατολισμός τεσσάρων γυροσκοπίων (τέλειες σφαίρες από χαλαζία), καθώς το πείραμα θα εκτελείται στο διάστημα γύρω από τη Γη. Τα γυροσκόπια βρίσκονται μέσα σε ένα κενό θάλαμο και θα διατηρηθούν εκεί σε θερμοκρασία 1,8 Kelvin χρησιμοποιώντας υγρό ήλιο. Οι σφαίρες έχουν το μέγεθος μίας μπάλας του πινγκ-πονγκ, ενώ θα περιστρέφονται 10.000 φορές το λεπτό σε ένα μονωμένο και τελείως άδειο θάλαμο.

Το σκάφος περιλαμβάνει, επίσης, ένα τηλεσκόπιο που θα στοχεύει προς ένα απόμακρο αστέρι-οδηγό (το IM Pegasi, που θα δίνει την κατεύθυνση αναφοράς για τις μετρήσεις στα γυροσκόπια (οι άξονες περιστροφής των σφαιρών να δείχνουν το αστέρι). Η Γενική Σχετικότητα προβλέπει ότι το φαινόμενο της συστροφής του χωρόχρονου θα προκαλέσει μετά από 16 μήνες την αλλαγή της κατεύθυνσης των γυροσκοπίων κατά 1/100.0000 της μοίρας (εξ' αιτίας της περιστροφής της Γης). Φυσικά, θα συμβεί και μια άλλη μικροσκοπική μεταβολή λόγω του γεωδετικού φαινομένου (καμπύλωση της δομής του χωρόχρονου).

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

"Έχουμε δει δύο από τις τρεις πτυχές ενός στρεβλωμένου χωροχρόνου. Έχουμε δει τη στρέβλωση του χώρου και τη στρέβλωση του χρόνου. Δεν έχουμε δει όμως ποτέ, τη συστροφή του χώρου εν κινήσει", δήλωσε ο Kip Thorn από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Καλιφόρνιας.

Για το σχεδιασμό ενός τέτοιου πειράματος, που να μπορεί να επιζήσει μιας εκτόξευσης και να μετρά αυτές τις απίστευτα μικρές μεταβολές της κατεύθυνσης, έχουν χρησιμοποιηθεί τεράστια τεχνικά επιτεύγματα με μεγάλο κόστος.

Η προώθηση του δορυφόρου έχει καθυστερήσει πολλές φορές και μάλιστα το πείραμα παραλίγο να ακυρωθεί πέρυσι. Το πρόγραμμα ξεπέρασε κατά 130 εκατομμύρια δολάρια τον αρχικό προϋπολογισμό από το 1999.

Το πείραμα προτάθηκε για πρώτη φορά το 1959 και μέχρι σήμερα είχε κινδυνεύσει πολλές φορές με ακύρωση. Η αποστολή θα διαρκέσει 16 μήνες και τα αποτελέσματα θα ανακοινωθούν το 2006.

Το 1976, ένας άλλος δορυφόρος - Gravity Probe A - απέδειξε ο χρόνος κυλά πιο αργά σε ένα μεγαλύτερο βαρυτικό πεδίο, μεταφέροντας ένα ατομικό ρολόι 10.000 χιλιόμετρα μακριά, από ένα πανομοιότυπο ρολόι στην επιφάνεια της Γης.