Диско-шар проверит теорию относительности в космосе

При всей своей простоте металлический мяч способен на большую эффективность, нежели специальный спутник за три четверти миллиарда долларов.

Один из самых слабых, но от этого не менее интересных эффектов, вытекающих из теории относительности, — увлечение инерциальных систем отсчёта вблизи вращающихся массивных тел. В наших условиях наиболее доступная пара таких тел — Земля и космический аппарат на её орбите. По мере вращения планета искажает пространство-время, что порождает либо прецессию плоскости орбиты КА, либо прецессию оси вращения его гироскопа.

Элементы Gravity Probe B (на фото) требовали для своего изготовления прецизионного оборудования. И всё равно точность была намного меньше расчётной! Сможет ли шар с рассыпанными по нему зеркальцами добиться большего? (Здесь и ниже иллюстрации NASA, A. Paolozzi et al.)

✖

Само собой, эффект весьма мал — наша планета по массе далеко не «суперюпитер». То есть его измерению сопутствуют серьёзнейшие сложности. Скажем, в 2004 году НАСА осуществило крайне амбициозный эксперимент с аппаратом под названием Gravity Probe B. Он состоял из четырёх почти идеально сферических гироскопов, каждый из которых был покрыт сверхпроводящим слоем, движение электронов в которых использовалось для измерения колебаний во вращении. По мере обращения вокруг Земли гироскопы должны были испытать прецессию оси вращения. Увы, хотя всё было сделано очень тщательно, незначительные дефекты гироскопов (вроде бы) вкупе с иными проблемами космического аппарата увеличили ошибки измерения эффекта увлечения инерциальных систем отсчёта с запланированного 1% до ужасных 20%. Оттого полученные результаты было невозможно отделить от других слабых воздействий на орбиту аппарата. Между тем отработка системы шла с 1964 года, а общая сумма расходов за 40 лет достигла $760 млн.

Что же, даже с такими затратами надежды на более точные измерения нет? Итальянское космическое агентство считает иначе.

Его учёные и конструкторы развивают принципиально другой метод фиксации эффекта. Речь идёт о диско-шаре — сфере, подвешенной чуть ли не в каждом ночном клубе и освещённой фрагментами малых зеркал, при этом медленно вращающейся.

Итальянский вариант диско-шара несколько неканоничен. Он выполнен из вольфрама, а потому при размерах футбольного мяча весит 400 кг. А покрыт он 92 отражателями, позволяющими отслеживать его точное местоположение с Земли при помощи лазерных дальномеров. Никаких двигателей, гироскопов, электроники — обычная металлическая чушка с зеркалами, в которой просто нечему ломаться. Называется эта гениальная в своей простоте конструкция LAser RElativity Satellite (LARES, «Лары»). Запустили «аппарат» в феврале 2012 года, и с тех пор параметры его орбиты тщательно отслеживаются Итальянским космическим агентством.

Все активные системы проекта LARES находятся на Земле и могут быть многократно продублированы.

Предварительные итоги этой работы отражены в отчёте Антонио Паолоцци (Antonio Paolozzi) из Римского университета Ла Сапиенца и Игнацио Киуфолини (Ignazio Ciufolini), представляющего Университет Саленто (оба — Италия).

Чтобы точно отсеять сторонние воздействия от увлечения инерциальной системы отсчёта, авторы использовали данные от других «диско-шаров» — работавших на орбите несколько лет итальянских спутников LAGEOS 1 и 2 такой же формы, но отличающихся от LARES по плотности и массе.

Пока окончательные выводы делать рано, но, по оценке итальянцев, использование LARES позволяет уже в ближайшие годы достичь точности измерения углового увлечения инерциальной системы с ошибкой, не превышающей 1% от измеренного эффекта. Ещё раз подчеркнём, что стоимость миссии, не говоря уже о времени её подготовки, отличается от НАСА-эксперимента настолько, что если прогнозы исследователей оправдаются, речь будет идти об одном из самых остроумных измерений эффектов теории относительности в истории науки.