Włoscy uczeni korzystający z danych płynących ze zmierzającej w kierunku Saturna sondy Cassini potwierdzili ogólną teorię względności z dokładnością 50 razy większą niż wcześniejsze pomiary.

Odkrycie zostało opublikowane 25 września w piśmie Nature. Jest wynikiem współpracy między NASA i Włoską Agencją Kosmiczną. Doświadczenie zostało przeprowadzone latem 2002 roku kiedy Ziemia i statek kosmiczny znajdowały się po przeciwnych stronach Słońca w odległości przeszło miliarda kilometrów od siebie.

Uczeni obserwowali zmianę częstości fal radiowych wysyłanych do i odbieranych od Cassiniego w czasie, gdy musiały one przejść w pobliżu Słońca. Wyznaczyli dokładnie czas, którego potrzebuje promieniowanie elektromagnetyczne aby dobiec do Cassiniego i wrócić na Ziemię w okresie, gdy musi ono po drodze zbliżyć się do Gwiazdy Dziennej. Sygnał został wysłany z Ziemi przez antenę systemu Deep Space Network w Goldstone w Kalifornii.

Naukowe znaczenie otrzymanych wyników polega na wyjątkowo dokładnym potwierdzeniu ogólnej teorii względności i prawidłowości równań sformułowanych przez Einsteina” – powiedział Sami Asmar, dyrektor Radio Science Group, pracujący nad eksperymentem w JPL. “Techniczna ważność polega pokonaniu przez nasze radiowe połączenia zaburzającego środowiska słonecznego“.

Badacze mierzyli jak bardzo słoneczna grawitacja zagina bieg wiązki promieniowania elektromagnetycznego, w tym przypadku sygnału radiowego wysłanego z Cassiniego w kierunku Ziemi.

Zgodnie z ogólną teorią względności, masywny obiekt tak jak Słońce powoduje zakrzywienie czasoprzestrzeni, a fale radiowe (także świetlne) przechodząc w pobliżu dużej masy muszą pokonać ze względu na to zakrzywienie nieco dłuższą drogę. Dodatkowy dystans w przypadku fal lecących z Cassiniego opóźnia czas ich dotarcia na Ziemię. Wielkość opóźnienia dostarcza testu potwierdzającego teorię Einsteina. Chociaż rozważania teoretyczne dopuszczają możliwość odstępstw od ogólnej teorii względności, to jednak nie zostały one stwierdzone w przeprowadzonym eksperymencie.

Poprzednie testy teorii pozwalały na potwierdzenie przewidywań Einsteina z dokładnością jednej części na tysiąc. Osiągnięto ją przy użyciu marsjańskich lądowników Viking. Cassini uzyskał dokładność 20 części na milion. Stało się to możliwe dzięki zastosowaniu w kosmicznej telekomunikacji nowoczesnych technologii.

W przeszłości nie można było przeprowadzić eksperymentu z taką dokładnością ze względu na szum jaki do transmisji radiowej wprowadza korona słoneczna. Cassini mógł pokonać ten problem przez nawiązanie łączności kilkoma kanałami na różnych częstotliwościach. Technika ta, oraz zastosowanie 34-metrowej anteny w Goldstone, pozwoliły uczonym na usunięcie wpływu międzyplanetarnej i słonecznej plazmy na dane radiowe. Dodatkowy szum ziemskiej atmosfery został usunięty przez zastosowanie w Goldstone dodatkowego modułu.

Eksperyment był częścią większej serii badań zaplanowanej na siedmioletni lot Cassiniego. Obejmuje ona też próbę zarejestrowania fal grawitacyjnych o niskiej częstotliwości.

1 lipca 2004 roku Cassini zacznie okrążać Saturna. Odłączony od niego lądownik Huygens przedrze się przez atmosferę największego księżyca planety – Tytana i spróbuje wylądować na jego powierzchni.

Autor

Michał Matraszek