Forskare har bekräftat två förutsägelser av Albert Einsteins allmänna relativitetsteori och avslutat ett av NASA: s längsta projekt. Den första är den geodetiska effekten eller vridningen av rum och tid runt en gravitationskropp. Den andra är ramdragning, vilket är den mängd ett snurrande objekt drar utrymme och tid med när det roterar.
Gravity Probe-B bestämde båda effekterna med en aldrig tidigare skådad precision genom att peka på en enda stjärna, IM Pegasi, medan de var i en polär bana runt jorden. Om tyngdkraften inte påverkade rymden och tiden, skulle GP-B: s gyroskop peka i samma riktning för alltid när de är i omloppsbana. Men som bekräftelse av Einsteins teorier upplevde gyroskopet mätbara, minutförändringar i deras rotationsriktning, medan jordens tyngdkraft drog mot dem.
Projektet har varit i arbeten i 52 år.
Resultaten finns online i tidskriften Physical Review Letters.
"Föreställ dig jorden som om den var nedsänkt i honung," sa Francis Everitt, Gravity Probe-B-huvudutredare vid Stanford University. "När planeten roterar, skulle honungen runt den virvla, och det är samma sak med tid och rum." "GP-B bekräftade två av de mest djupgående förutsägelserna av Einsteins universum, med långtgående konsekvenser inom astrofysikforskningen. På samma sätt kommer decennierna av teknologisk innovation bakom uppdraget att ha en varaktig arv på jorden och i rymden. ”
NASA började utveckla detta projekt med början hösten 1963 med initial finansiering för att utveckla ett relativitetsgyroskopexperiment. Efterföljande decennier av utveckling ledde till banbrytande tekniker för att kontrollera miljöförstöringar på rymdskepp, såsom aerodynamisk drag, magnetfält och termiska variationer. Uppdragets stjärnspårare och gyroskop var de mest exakta som någonsin utformats och producerats.
GP-B avslutade sin insamlingsverksamhet och avvecklades i december 2010.
"Uppdragets resultat kommer att ha en långsiktig inverkan på arbetet för teoretiska fysiker," sade Bill Danchi, senior astrofysiker och programforskare vid NASA: s huvudkontor i Washington. "Varje framtida utmaning för Einsteins teorier om generell relativitet måste söka mer exakta mätningar än det anmärkningsvärda arbetet GP-B har åstadkommit."
Innovationer som möjliggörs av GP-B har använts i GPS-teknik som gör att flygplan kan landa utan hjälp. Ytterligare GP-B-teknik tillämpades på NASA: s Cosmic Background Explorer-uppdrag, som exakt bestämde universums bakgrundstrålning. Den mätningen är grunden för big-bang-teorin och ledde till Nobelpriset för NASA-fysikern John Mather.
Det drafria satellitkonceptet som pionjärs av GP-B gjorde ett antal jordobservatörssatelliter möjliga, inklusive NASA: s Gravity Recovery and Climate Experiment och Europeiska rymdorganisationens Gravity-fält och Ocean State Circulation Explorer. Dessa satelliter ger de mest exakta mätningarna av jordens form, kritiska för exakt navigering på land och hav, och förstå förhållandet mellan havets cirkulation och klimatmönster.
GP-B avancerade också gränserna för kunskap och tillhandahöll en praktisk utbildningsplats för 100 doktorander och 15 kandidater vid universitet i USA. Mer än 350 studerande och mer än fyra dussin gymnasieelever arbetade också med projektet tillsammans med ledande forskare och rymdingenjörer från industri och regering. En studerande som arbetade på GP-B blev den första kvinnliga astronauten i rymden, Sally Ride. En annan var Eric Cornell som vann Nobelpriset i fysik 2001.
"GP-B lägger till kunskapsbasen om relativitet på viktiga sätt och dess positiva inverkan kommer att kännas i karriärerna för studenter vars utbildning berikades av projektet," sade Ed Weiler, associerad administratör för Science Mission Directorate vid NASAs huvudkontor.
Källor: NASA, Stanford University
