Учёные из Стэнфордского университета и НАСА завершили обработку данных со спутника Gravity Probe B.

Зонд, запущенный в апреле 2004 года, должен был проверить два предсказания общей теории относительности — эффект де Ситтера и эффект Лензе — Тирринга. Первый, называемый ещё геодезической прецессией, регистрируется как изменение направления оси вращающегося тела (гироскопа), движущегося в искривлённом центральной массой — Землёй — пространстве-времени. Проявлением более тонкого эффекта Лензе — Тирринга также может служить смещение оси гироскопа, но вызвано оно будет не собственно присутствием центрального массивного объекта, а его вращением.

Идея эксперимента Gravity Probe B, предложенная в шестидесятых годах прошлого века, относительно проста, но на её реализацию, как видим, ушли десятки лет. На борту зонда было установлено четыре гироскопа со сферическими роторами из кварцевого стекла, диаметр которых составлял 3,8 см. Высочайшая точность изготовления дала впечатляющий результат: при увеличении сфер до размеров Земли вершина самого высокого их холма находилась бы всего в трёх метрах над поверхностью. Роторы были покрыты ниобием, который поддерживался в сверхпроводящем состоянии.

Практически идеальная сфера (фото Don Harley).

Гироскопы раскручивались так, чтобы их оси совпадали с осью аппарата, ориентированного на звезду HR8703 в созвездии Пегаса и сохраняющего заданное направление. Основой измерительной методики стал квантовомеханический эффект создания вращающимся сверхпроводником магнитного поля, жёстко «привязанного» к оси вращения. Роль детекторов этого поля, которое хранит данные об ориентации роторов и её возможных изменениях, играли чувствительные СКВИД-магнитометры.

Экспериментальную информацию Gravity Probe B собрал уже в 2005 году, но её обработка затянулась. Разбираясь с сильно «зашумлёнными» данными и вводя необходимые поправки, учёные в 2007 году сумели подтвердить реальность эффекта де Ситтера. Теперь, четырьмя годами позже, был проверен и эффект Лензе — Тирринга.

Стоит сказать, что результаты миссии Gravity Probe B многие считают неудовлетворительными. «Государство выделило на неё 760 млн долларов, — напоминает сотрудник Университета штата Луизиана Роберт О’Коннелл (Robert O'Connell). — И мне кажется, что эти деньги были потрачены впустую. Они [научная группа Gravity Probe B] лишь подтвердили то, что уже было известно». Здесь г-н О’Коннелл ссылается на завершённый в 2004 году эксперимент с использованием спутников LAGEOS, в котором также исследовался эффект Лензе — Тирринга. Предполагалось, что Gravity Probe B представит гораздо более точные данные, но он в итоге не добрался даже до уровня LAGEOS.

Общая схема эксперимента Gravity Probe B:

Проявление эффектов Лензе — Тирринга и де Ситтера в случае гироскопов Gravity Probe B:

Принцип измерения с помощью СКВИД-магнитометров:

Сборка Gravity Probe B (фото Stanford University).
 

Расчётные отклонения оси гироскопа (иллюстрация Bob Kahn / Gravity Probe B / Stanford University)

Отчёт, содержащий окончательные результаты работы Gravity Probe B, будет опубликован в журнале Physical Review Letters.

Подготовлено по материалам НАСА и Компьюлента.ру