Astronomi uden et teleskop - Gravity Probe B

Pin
Send
Share
Send

Der er en linje ud af en tidlig episode af Big Bang teorien serie, hvor Gravity Probe B beskrives som at have set 'glimt' af Einsteins forudsagte rammetrækkende effekt. I virkeligheden er det ikke helt klart, at eksperimentet definitivt var i stand til at skelne en rammetrækkende effekt fra en baggrundsstøj skabt af nogle meget små afvigelser i detektionssystemet.

Hvorvidt dette tæller som et glimt - rammetrække (den påståede sidste uprøvede forudsigelse af generel relativitet) og Gravity Probe B er blevet knyttet sammen i den offentlige bevidsthed. Så her er en hurtig grunning om, hvad Gravity Probe B måske eller måske ikke har skimtet.

Gravity Probe B-satellitten blev lanceret i 2004 og sat i en 650 kilometer høj polar bane rundt om Jorden med fire sfæriske gyroskoper, der drejede inde i den. Det eksperimentelle design foreslog, at disse gyroskoper, der bevæger sig i et frit falds bane, skulle snurre med deres rotationsakse, som er ujævnt på linje med et fjernt referencepunkt (i dette tilfælde, stjernen IM Pegasi) .

For at undgå enhver elektromagnetisk interferens fra Jordens magnetfelt blev gyroskoperne indeholdt i en blyforet termokolbe - hvis skal var fyldt med flydende helium. Dette afskærmede instrumenterne mod ekstern magnetisk interferens og den kolde aktiverede superledelse inden for detektorerne designet til at overvåge gyroskopens spin.

Langsomt lækkende helium fra kolben blev også brugt som drivmiddel. For at sikre, at gyroskopene forblev i frit fald i tilfælde af, at satellitten stødte på noget atmosfærisk træk - kunne satellitten foretage minutiske justeringer af bane og i det væsentlige flyve sig rundt i gyroskoperne for at sikre, at de aldrig kom i kontakt med siderne på deres containere.

Selvom gyroskoper var i frit fald - var det et frit fald, der gik rundt og omkring en rum-tid snevende planet. Et gyroskop, der bevæger sig med en konstant hastighed i temmelig tomt rum, er også i et 'vægtløst' frit fald - og et sådant gyroskop kunne forventes at dreje ubestemt om sin akse, uden at denne akse nogensinde skiftede. På samme måde er der under Newtons fortolkning af tyngdekraften - at være en kraft, der virker i en afstand mellem massive genstande - ingen grund til, at spin-aksen på et gyroskop i en fri faldbane heller ikke skal skifte.

Men for et gyroskop, der bevæger sig i Einsteins fortolkning af en stejlt buet rumtid, der omgiver en planet, skal dens spinakse 'læne sig over' i rumtidens hældning. Så over en hel bane på Jorden vil spinaksen ende med at pege i en lidt anden retning end den retning, den startede fra - se animationen i slutningen af ​​dette klip. Dette kaldes den geodetiske virkning - og Gravity Probe B demonstrerede effektivt denne effekt eksistens inden for kun 0,5% sandsynlighed for, at dataene viste en null-effekt.

Men ikke kun er Jorden et massivt rum-tid buede objekt, det roterer også. Denne rotation skulle teoretisk set skabe et træk på den rumtid, Jorden er indlejret inden i. Så dette rammetrækning skal trække noget, der er i kredsløb fremad i retning af Jordens rotation.

Hvor den geodetiske virkning forskyder et polar-kredsende gyroskops spinakse i en længderetning - rammetrækning (også kendt som Lense-Thirring-effekten), skal flytte den i længderetningen.

Og her leverede Gravity Probe B ikke helt. Den geodetiske virkning viste sig at skifte gyroskopens spinakse med 6.606 milliarcsekunder pr. År, mens den rammetrækkende virkning forventedes at skifte den med 41 milliarcsekunder pr. År. Denne meget mindre effekt har været vanskelig at skelne fra en baggrundsstøj, der stammer fra små ufuldkommenheder, der eksisterede i selve gyroskoper. To centrale problemer var tilsyneladende en skiftende polhode-sti og større end forventet manifestation af et Newtonsk gyro-drejningsmoment - eller lad os bare sige, at til trods for den bedste indsats, gyroskoper stadig vinglet lidt.

Der arbejdes løbende med at arbejde hårdt på at trække de forventede data af interesse ud fra den støjende dataregistrering via et antal antagelser, som endnu kan blive genstand for yderligere debat. En rapport fra 2009 hævdede med frimodighed den rammetrækkende effekt er nu tydeligt synlig i de behandlede data - selvom sandsynligheden for, at dataene repræsenterer en nulleffekt, rapporteres andetsteds med 15%. Så måske en glimt er en bedre beskrivelse for nu.

I øvrigt blev Gravity Probe A lanceret i 1976 - og på en to timers bane bekræftede effektivt Einsteins rødskift-forudsigelse til inden for 1,4 dele i 10.000. Eller lad os bare sige, at det viste, at et ur i 10.000 km højde blev fundet at køre markant hurtigere end et ur på jorden.

Yderligere læsning: Gravity Probe B-eksperimentet i et nøddeskal.

Pin
Send
Share
Send