Международная команда НАСА и университетских исследователей обнаружили первые прямые доказательства того, что Земля вращается вокруг пространства и времени вокруг себя.
Исследователи полагают, что они измерили эффект, впервые предсказанный в 1918 году, используя теорию общей теории относительности Эйнштейна, точно наблюдая сдвиги на орбитах двух спутников, находящихся на орбите Земли. Исследователи наблюдали орбиты Лазерного геодинамического спутника I (LAGEOS I), космического корабля NASA, и LAGEOS II, совместного космического корабля NASA / Итальянского космического агентства (ASI).
Исследование, опубликованное в журнале Nature, является первым точным измерением странного эффекта, который предсказывает, что вращающаяся масса будет тянуть пространство вокруг себя. Эффект Lense-Thirring также известен как перетаскивание кадров.
Группу возглавляли д-р Игнацио Чуфолини из Университета Лечче, Италия, и д-р Эррикос С. Павлис из Объединенного центра технологий систем Земли, исследовательского сотрудничества между Центром космических полетов имени Годдарда НАСА, Гринбелт, штат Мэриленд, и Университет округа Мэриленд Балтимор.
«Общая теория относительности предсказывает, что массивные вращающиеся объекты должны вращать пространство-время вокруг себя, когда они вращаются», - сказал Павлис. «Перетаскивание кадров похоже на то, что происходит, если шар для боулинга вращается в густой жидкости, такой как патока. Поскольку шар вращается, он тянет патоку вокруг себя. Все, что застряло в патоке, также будет перемещаться по мячу. Точно так же, когда Земля вращается, она тянет пространство-время вокруг себя. Это сместит орбиты спутников около Земли ». Это исследование является продолжением предыдущей работы в 1998 году, когда группа авторов сообщила о первом непосредственном обнаружении эффекта.
Предыдущее измерение было намного менее точным, чем текущая работа, из-за неточностей в гравитационной модели, доступной в то время. Данные миссии НАСА GRACE позволили значительно улучшить точность новых моделей, что сделало возможным этот новый результат.
«Мы обнаружили, что плоскость орбит LAGEOS I и II смещается примерно на шесть футов (два метра) в год в направлении вращения Земли», - сказал Павлис. «Наше измерение согласуется на 99 процентов с тем, что прогнозируется общей теорией относительности, которая находится в пределах нашей погрешности плюс-минус пять процентов. Даже если погрешности гравитационной модели в два или три раза превышают официально указанные значения, наши измерения все еще точны до 10 процентов или лучше ». Дальнейшие измерения с помощью Gravity Probe B, космического корабля НАСА, запущенного в 2004 году, должны уменьшить эту погрешность до уровня менее одного процента Это обещает рассказать исследователям гораздо больше об этой физике.
Команда Чуфолини, используя спутники LAGEOS, ранее наблюдала эффект Лизер-Тирринга. Недавно он наблюдался вокруг далеких небесных объектов с интенсивными гравитационными полями, таких как черные дыры и нейтронные звезды. Новое исследование вокруг Земли является первым прямым и точным измерением этого явления на уровне 5-10%. Команда проанализировала данные лазерной локации за 11 лет со спутников LAGEOS с 1993 по 2003 год, используя метод, разработанный Чуфолини десять лет назад.
Измерения требовали использования чрезвычайно точной модели гравитационного поля Земли, названной EIGEN-GRACE02S, которая стала доступной только недавно, на основе анализа данных GRACE. Модель была разработана в GeoForschungs Zentrum Potsdam, Германия, группой, которая является одним из главных исследователей миссии GRACE вместе с Центром космических исследований Техасского университета в Остине.
LAGEOS II, запущенный в 1992 году, и его предшественник, LAGEOS I, запущенный в 1976 году, являются пассивными спутниками, предназначенными исключительно для лазерной локации. Процесс включает в себя отправку лазерных импульсов на спутник с дальномерных станций на Земле, а затем запись времени прохождения в оба конца. Учитывая известное значение скорости света, это измерение позволяет ученым точно определить расстояния между лазерными дальномерами на Земле и спутником.
НАСА и Стэнфордский университет, Пало-Альто, штат Калифорния, разработали гравитационный зонд B. Он точно проверяет крошечные изменения направления вращения четырех гироскопов, содержащихся в спутнике Земли, вращающемся вокруг 400 миль непосредственно над полюсами. Эксперимент проверит две теории, относящиеся к теории общей теории относительности Эйнштейна, включая эффект Лензе-Тирринга. Эти эффекты, хотя и незначительные для Земли, имеют далеко идущие последствия для природы материи и структуры вселенной.
Первоисточник: пресс-релиз НАСА
