Проверка теории относительности: первые результаты

Космическая миссия Gravity Probe B (GP-B) - уникальный спутник, оборудованный самыми современными приборами и разработанный специально для проверки общей теории относительности Эйнштейна на основе измерений чрезвычайно слабых эффектов прецессии гироскопов на орбите вокруг Земли.

Идея миссии GP-B, впервые сформулированная в 1959 году, принадлежит профессорам Стэнфордского университета Леонарду Шиффу (Leonard Schiff), Уильяму Фэрбэнку (William Fairbank) и Роберту Кэннону (Robert Cannon).

Проф. Шифф на основании уравнений Эйнштейна и уравнений движения вращающейся сферы вычислил величину прецессии осей гироскопов и предложил произвести эксперимент либо в лаборатории на Земле, либо в космосе. Расчеты показали, что эффект на орбите будет на несколько порядков больше. NASA выделило первые деньги на этот проект в 1964 г., так что Gravity Probe B по праву можно считать самым продолжительным экспериментом в космонавтике.

После тщательных приготовлений, разработок в течение сорока лет и финансовых затрат в размере $740 млн. зонд был запущен 20 апреля 2004 года. На орбите спутник отработал около 17 месяцев и завершил свою миссию 3 октября 2005 года. Последние данные были переданы со спутника 29 сентября 2005 г.

С тех пор проводилась обработка полученных данных (их общий объем достиг 1 Тбайт), и вот, наконец, 14 апреля 2007 г. опубликованы первые результаты. Френсис Эверитт (Francis Everitt), научный руководитель проекта, выступил c докладом по промежуточным результатам на заседании Американского физического общества в Джексонвилле (штат Флорида).

Спутник, несмотря на исключительную техническую сложность используемых устройств, в течение всего эксперимента продемонстрировал безупречную работу. Идея эксперимента Gravity Probe B достаточно простая - cистема из четырех сверхпрецизионных гироскопов жестко закрепляется на главном телескопе спутника, телескоп наводится на ведущую звезду и поддерживается в строго фиксированном направлении в течение всего полета. Cначала гироскопы раскручиваются так, чтобы их оси совпадали с осью главного телескопа. После этого смещение осей можно будет измерить с помощью сверхпроводящего квантового интерференционного устройства (SQUID).

Измеренное смещение осей гироскопов будет обусловлено лишь двумя предсказанными общей теорией относительности эффектами - геодезической прецессией и увлечением инерциальной системы координат (эффект, обусловленный вращением Земли). По расчетам физиков, первый эффект должен в течение года составлять 6, 606 угловых миллисекунд, второй еще меньше - 0,039 угловых миллисекунд.

Сейчас в обработке данных достигнута точность измерения 0,1 угловой миллисекунды, что позволяет подтвердить с точностью лучше 1% эффект геодезической прецессии (6,606 угловой миллисекунды в год), но подтвердить явление увлечения инерциальной системы отсчёта пока не представляется возможным.

Ученые, тем не менее, не оставляют попыток повысить точность измерений за счет исключения некоторых данных, происхождение которых обязано взаимодействию спонтанно возникающих и существующих продолжительное время электрических зарядов в роторах гироскопов и на их внутренних стенках. Предполагается, что сначала точность будет улучшена до 0,05 угловых миллисекунд и, в конце концов, достигнет 0,005 угловых миллисекунд. Завершение обработки данных запланировано на декабрь 2007 г., сообщает пресс-релиз Стэнфордского университета.