Спутник LARES-2 в сотрудничестве с аппаратом NASA уменьшил погрешность расчетов до 0,2% и опроверг часть альтернативных моделей
Наука и космос040 минут назад
Группа исследователей из Уханьского института физики и математики опубликовала в журнале Nature результаты наиболее точных на сегодняшний день измерений эффекта увлечения инерциальных систем отсчёта. Физики зарегистрировали, как масса Земли «извивает» вокруг себя пространство-время. Погрешность измерений составила всего 0,2%, что значительно превосходит все предыдущие результаты, где неопределённость достигала 10%.
«Эффект увлечения инерциальных систем отсчёта», также известный как «эффект Лензе-Тирринга» в честь физиков, которые его смоделировали в 1918 году, был впервые предсказан в общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Чем больше объект и быстрее он вращается, тем сильнее он искажает окружающее пространство. Около сверхмассивных чёрных дыр этот эффект проявляется явно, однако вокруг небольших тел, таких как Земля, он крайне слаб, что делает его прямое измерение весьма сложной задачей.
Для регистрации таких слабых гравитационных отклонений использовался аппарат LARES-2 (Laser Relativity Satellite 2), разработанный Итальянским космическим агентством. Спутник представляет собой сплошной шар из никель-хромового сплава диаметром около 40 сантиметров и массой около 295 килограммов. На нём отсутствуют двигатели, солнечные панели или бортовая электроника. Вся поверхность аппарата покрыта 303 уголковыми отражателями. Такая прочная и тяжёлая конструкция обеспечивает минимальное отношение площади поверхности к массе среди всех спутников на средней орбите, сводя к минимуму влияние любых негравитационных сил на полёт.
С июля 2022 года по июнь 2025 года наземные станции облучали спутник лазерами, фиксируя возвращённые отражателями световые сигналы. Учёные собрали массив из 200 000 наблюдений с точностью до 1 миллиметра. При этом земная гравитация неравномерна: из-за центробежной силы планета сплюснута у полюсов, что создаёт мощные ньютоновские силы, которые полностью маскируют искомый релятивистский сигнал увлечения пространства.
Чтобы исключить классическую гравитацию, авторы работы объединили данные LARES-2 с показаниями американского аппарата LAGEOS, запущенного NASA в 1976 году. Орбитальные плоскости двух спутников расположены на 180,01°, что почти идеально соответствует необходимым 180° для взаимного математического гашения возмущающих сил. Дополнительной помехой выступал лунно-солнечный прилив K1 — колебание гравитационного поля Земли под воздействием Луны и Солнца. Эту проблему удалось решить с помощью времени: влияние прилива взаимно компенсируется в течение 1050-дневного цикла прецессии, что позволило очистить итоговые данные с использованием программного обеспечения GEODYN от Центра космических полётов имени Годдарда NASA.
После фильтрации массива от помех физики зафиксировали смещение орбит спутников на 61,3 миллисекунды дуги в год, вызванное исключительно вращением Земли. Полученное значение полностью совпадает с предсказаниями теории Эйнштейна.
Авторы работы подчеркивают, что результат не только подтверждает общую теорию относительности, но и строго ограничивает альтернативные модели, такие как теория Черна-Саймонса (Chern-Simons gravity), которая пытается совместить теорию относительности с современной квантовой механикой. Кроме того, в ходе эксперимента удалось получить наиболее точные данные о лунно-солнечном приливе K1, что имеет значение для будущих геофизических измерений планеты.
Darth SaharaИсточники:NatureФотоGEODYNНаука и космос0космосNASAСпутникиГравитацияОбщая теория относительностиКвантовая механика40 минут назад
Источник