¿Cuáles son las características de la nave espacial "Gravity Probe B"?
Desde que Einstein publicó su teoría de la relatividad, los científicos han observado repetidamente desviaciones débiles de los rayos de luz y las ondas de radio cuando pasan cerca del Sol, confirmando el efecto de flexión gravitacional predicho por la teoría de la relatividad. Sin embargo, los otros dos efectos predichos por la teoría de la relatividad no han sido confirmados hasta ahora mediante mediciones directas.
Einstein creía que la enorme masa de la Tierra causaría una "abolladura" en la estructura espacio-temporal originalmente recta alrededor de la Tierra. La gravedad es en realidad el movimiento curvo de los objetos a lo largo de esta "abolladura" en el espacio. tiempo. Además, debido a la rotación de la Tierra, esta "depresión" en la estructura espacio-temporal circundante se verá obligada a moverse en conjunto, lo que puede distorsionar ligeramente esta estructura de "depresión" en una estructura de "vórtice" de cuatro dimensiones. Estos dos fenómenos se denominan efecto geodésico y efecto de arrastre de marco inercial, respectivamente.
Estos dos efectos son demasiado débiles en la superficie terrestre, y la distorsión provocada en un año es sólo de una cienmilésima de grado, lo que equivale a que una persona mire un objeto tan fino como un cabello desde 400 metros de distancia. Debido a las limitaciones de la tecnología de medición, los científicos no han podido avanzar durante décadas.
Dado que es difícil observar en tierra, ¿se puede trasladar el experimento al espacio? En 1959, tres científicos estadounidenses propusieron por primera vez la idea de utilizar satélites artificiales para detectar efectos gravitacionales. : rotar un Un giroscopio se coloca en la órbita de la Tierra, con su eje de rotación alineado con una estrella distante como punto de referencia fijo. Si el espacio está deformado, el eje del giroscopio cambiará ligeramente con el tiempo. Simplemente registrando con precisión cuánto cambia el eje del giroscopio en relación con una estrella de referencia, se puede medir el grado de distorsión del espacio-tiempo.
Pasó casi medio siglo hasta que en abril de 2004 se lanzó finalmente la nave "Gravity Probe B" utilizada para probar estos dos efectos espacio-temporales. La nave espacial tiene 6,4 m de largo y una masa de 3,1 toneladas. Su instrumento principal es un giroscopio muy sensible de ultra alta precisión. Entre ellas, cuatro bolas giroscópicas hechas de cuarzo están cuidadosamente elaboradas, con superficies extremadamente lisas y el error de redondez no excede el tamaño de unos pocos átomos. Se las considera las esferas más perfectas y redondeadas jamás creadas por el hombre.
Para proporcionar un sistema de referencia espacio-temporal casi ideal, estos giroscopios deben estar en el entorno más silencioso y no verse afectados por ninguna fuerza externa. La bola giratoria está suspendida en el centro del giroscopio debido a la fuerza del campo eléctrico. En estado de vacío, gira a una velocidad de 10.000 revoluciones por minuto en un telescopio alineado con una estrella de referencia. El exterior del telescopio está envuelto en una bolsa de plomo superconductor, por lo que no se ve afectado por campos magnéticos externos. Estos instrumentos se colocan en un recipiente de vacío aislado y enfriado con helio líquido, en un entorno cercano al cero absoluto, y en el exterior hay cuatro capas de protección de plomo para aislar cualquier interferencia externa.
Si la predicción de Einstein es correcta, la curvatura del espacio-tiempo causada por la Tierra hará que la rotación de estas bolas de giroscopio se desequilibre, se desvíe gradualmente de la alineación y hará que los giroscopios giren en la misma dirección. eje que la Tierra gira en dirección perpendicular al eje. Aunque estos cambios son sutiles, pueden ser detectados por el interferómetro cuántico superconductor que se encuentra dentro de la nave espacial. Actualmente, la nave espacial ha completado su misión de recopilación de datos y los científicos están analizándolos.