Astronomy Without A Telescope - Gravity Probe B

Pin
Send
Share
Send

Det er en linje fra en tidlig episode av Big Bang teorien serien, der Gravity Probe B beskrives som å ha sett ‘glimt’ av Einsteins forutsagte rammedragende effekt. I virkeligheten er det ikke helt klart at eksperimentet var i stand til å definitivt skille en rammedragende effekt fra en bakgrunnsstøy opprettet av noen overordentlig mindre avvik i deteksjonssystemet.

Hvorvidt dette teller som et glimt - rammesving (den påståtte sist uprøvde prediksjonen om generell relativitet) og Gravity Probe B har blitt knyttet sammen i den offentlige bevisstheten. Så her er en rask grunning på hva Gravity Probe B kanskje har eller ikke har skimtet.

Gravity Probe B-satellitten ble lansert i 2004 og satt i en 650 kilometer høy polarbane om jorden med fire sfæriske gyroskoper som snurret i seg. Den eksperimentelle utformingen foreslo at i fravær av rom-tid krumning eller ramme-draing, skulle disse gyroskopene som beveger seg i en fri fallbane, snurre med sin rotasjonsakse, uovertruffen på linje med et fjernt referansepunkt (i dette tilfellet stjernen IM Pegasi) .

For å unngå elektromagnetisk forstyrrelse fra jordas magnetfelt ble gyroskopene plassert i en blyforet termokolbe - skallet ble fylt med flytende helium. Dette skjermet instrumentene mot ekstern magnetisk interferens og kulden muliggjorde superledelse i detektorene designet for å overvåke gyroskopens spinn.

Langsomt lekker helium fra kolben ble også brukt som drivmiddel. For å sikre at gyroskopene forble i fritt fall i tilfelle at satellitten måtte møte atmosfærisk drag - kunne satellitten foreta minuttvise justeringer av banen, i det vesentligste fly seg rundt gyroskopene for å sikre at de aldri kom i kontakt med sidene på containerne.

Selv om gyroskopene var i fritt fall - var det et fritt fall som gikk rundt og rundt en tid-skjev planet. Et gyroskop som beveger seg med konstant hastighet i ganske tomt rom, er også i et ‘vektløst’ fritt fall - og et slikt gyroskop kan forventes å snurre på ubestemt tid om aksen, uten at den aksen noen gang skulle forskyve seg. På samme måte, under Newtons tolkning av tyngdekraften - å være en styrke som virker i avstand mellom massive gjenstander - er det ingen grunn til at heller ikke rotasjonsaksen til et gyroskop i en fri fallbane kan skifte.

Men for et gyroskop som beveger seg i Einsteins tolkning av en bratt buet romtid som omgir en planet, bør dens spinnakse 'lene seg over' i romtidens skråning. Så over en hel bane på jorden vil rotasjonsaksen ende opp med å peke i en litt annen retning enn retningen den startet fra - se animasjonen på slutten av dette klippet. Dette kalles den geodetiske effekten - og Gravity Probe B demonstrerte effektivt denne effektens eksistens med bare 0,5% sannsynlighet for at dataene viste en null effekt.

Men ikke bare er Jorden et massivt rom-tid bøyende objekt, det roterer også. Denne rotasjonen skal teoretisk sett skape et drag på romtiden som Jorden er innebygd i. Så denne rammesugingen bør trekke noe som er i bane fremover i retning av jordens rotasjon.

Der den geodetiske effekten forskyver et polar-kretsende gyroskopets spin-akse i en lengderetning - ramme-dra (også kjent som Lense-Thirring-effekten), bør flytte den i lengderetning.

Og her har Gravity Probe B ikke helt levert. Den geodetiske effekten ble funnet å forskyve gyroskopens spinnakse med 6 606 milli-sekund per år, mens den ramme-draende effekten ble forventet å forskyve den med 41 milli-sekund per år. Denne mye mindre effekten har vært vanskelig å skille fra en bakgrunnsstøy som oppstår fra små ufullkommenheter som eksisterer i selve gyroskopene. To viktige problemer var tilsynelatende en skiftende polhode-bane og større enn forventet manifestasjon av et Newtonsk gyromoment - eller la oss bare si at til tross for beste innsats, gyroskopene fortsatt vinglet litt.

Det pågår et arbeid for arbeidskrevende å trekke ut de forventede data fra interesse fra den støyende dataregistreringen, via en rekke antakelser som ennå kan bli gjenstand for ytterligere debatt. En rapport fra 2009 hevdet det frimodig ramme-draffekten er nå tydelig synlig i de behandlede dataene - selv om sannsynligheten for at dataene representerer en null effekt rapporteres andre steder med 15%. Så kanskje glimt er en bedre beskrivelse for nå.

For øvrig ble Gravity Probe A lansert tilbake i 1976 - og på en to timers bane bekreftet effektivt Einsteins rødskiftspådom til innen 1,4 deler av 10 000. Eller la oss bare si at den viste at en klokke i 10.000 km høyde ble funnet å løpe betydelig raskere enn en klokke på bakken.

Videre lesning: Gravity Probe B eksperimenterer i et nøtteskall.

Pin
Send
Share
Send

Se videoen: NASAGravity Probe B: Drag-Free Satellite Animation (November 2024).