Gravity Probe B
Gravity Probe B (GP-B) byla americká vědecká družice určená k experimentálnímu ověření dvou předpovědí obecné teorie relativity: geodetického efektu a strhávání časoprostoru. Projekt realizovaly NASA a Stanfordova univerzita. Družice byla vypuštěna 20. dubna 2004 a její měření potvrdila předpovědi obecné relativity v mezích experimentální přesnosti.
| Gravity Probe B | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 | |||||||||
.jpg){kind=logo} | |||||||||
| COSPAR | 2004-014A | ||||||||
| Katalogové číslo | 28230 | ||||||||
| Start | 20. dubna 2004 | ||||||||
| Kosmodrom | Vandenbergova vesmírná základna | ||||||||
| Nosná raketa | Delta II 7920-10C | ||||||||
| Typ oběžné dráhy | polární dráha | ||||||||
| Stav objektu | ukončení mise 8. prosince 2010 | ||||||||
| Provozovatel | NASA / Stanfordova univerzita | ||||||||
| Výrobce | Lockheed Martin | ||||||||
| Druh | vědecká družice | ||||||||
| Program | Gravity Probe-B Project | ||||||||
| Hmotnost | 3100 kg | ||||||||
| Délka | 6,4 m | ||||||||
| Parametry dráhy | |||||||||
| |||||||||
| Teleskop | |||||||||
| Průměr | 2,6 m | ||||||||
| Oficiální web | Oficiální web | ||||||||
| Některá data mohou pocházet z datové položky. | |||||||||
Cíl mise
editovatHlavním cílem mise bylo experimentální ověření dvou předpovědí obecné teorie relativity: geodetického efektu a strhávání časoprostoru.[1] Geodetický efekt popisuje zakřivení prostoročasu způsobené hmotností Země, které vede k pomalé změně orientace osy rotujícího gyroskopu při oběhu kolem planety.[1] Strhávání časoprostoru je důsledkem rotace Země, která způsobuje nepatrné stáčení lokálních inerciálních soustav. Tento jev je označován také jako Lenseův–Thirringův jev.[1][2]
Mise měla změřit oba efekty pomocí čtyř ultrapřesných gyroskopů umístěných na palubě družice a porovnat výsledky s teoretickými předpověďmi.[1]
Konstrukce družice
editovatDružice byla navržena jako specializovaná experimentální platforma pro mimořádně přesné měření nepatrných změn orientace gyroskopů způsobených zakřivením časoprostoru v okolí Země.[1][3] Hlavní měřicí aparaturu tvořily čtyři mechanicky téměř dokonale symetrické gyroskopy vyrobené z křemenných koulí o průměru přibližně 3,8 cm. Jejich povrch byl pokryt tenkou vrstvou niobu, který při velmi nízkých teplotách přechází do supravodivého stavu.[1] Rotace gyroskopů byla sledována pomocí SQUID magnetometrů. Supravodivý povlak při rotaci vytvářel slabé magnetické pole, jehož orientace umožňovala s vysokou přesností určit směr rotační osy každého gyroskopu.[3] Pro zajištění supravodivosti byla aparatura umístěna v kryogenním systému obsahujícím přibližně 2440 litrů kapalného helia, které udržovalo pracovní teplotu blízkou absolutní nule. Postupné odpařování helia zároveň určovalo maximální dobu aktivní fáze experimentu.[1] Družice byla navíc vybavena přesným naváděcím systémem orientovaným na hvězdu IM Pegasi, která sloužila jako referenční bod pro dlouhodobé měření změn orientace gyroskopů.[4]
Průběh mise
editovat
Družice byla vypuštěna 20. dubna 2004 pomocí nosné rakety Delta II z kosmodromu Vandenberg Air Force Base v Kalifornii.[1][5] Po dosažení plánované nízké oběžné dráhy Země následovala fáze kalibrace přístrojů a stabilizace experimentální aparatury. Vlastní měřicí fáze byla zahájena po uvedení gyroskopů do provozního režimu a po dosažení požadovaných kryogenních podmínek.[3] Během aktivní části mise byly průběžně zaznamenávány nepatrné změny orientace gyroskopů vůči referenční hvězdě IM Pegasi. Měřicí kampaň probíhala do vyčerpání zásob kapalného helia, které bylo nezbytné pro zachování supravodivého stavu měřicí aparatury.[1] Po ukončení sběru dat následovalo několikaleté zpracování a analýza naměřených údajů. Významnou komplikací byly neočekávané elektrostatické interakce mezi gyroskopy a jejich pouzdry, které vyžadovaly dodatečné modelování systematických chyb.[3]
Mise byla oficiálně ukončena 8. prosince 2010.[5]
Výsledky experimentu a význam
editovatPo několikaleté analýze dat byly konečné výsledky mise zveřejněny v roce 2011.[4] Naměřená hodnota geodetického efektu činila přibližně 6602 obloukových milivteřin za rok, což odpovídalo teoretické předpovědi obecné relativity s přesností lepší než 0,3 %.[4] U efektu strhávání časoprostoru byla naměřena hodnota přibližně 37,2 obloukových milivteřin za rok, což bylo v rámci experimentální nejistoty v souladu s teoreticky očekávanou hodnotou 39,2 obloukových milivteřin za rok.[4][3]
Výsledky potvrdily obě testované předpovědi obecné teorie relativity v mezích experimentální přesnosti. Měření efektu strhávání časoprostoru byla nižší, než se původně předpokládalo. Hlavní příčinou byly neočekávané systematické chyby související s elektrostatickými interakcemi uvnitř gyroskopického systému.[3]
Mise poskytla jedno z nejpřesnějších experimentálních ověření geodetického efektu a jedno z nejpřesnějších přímých měření Lenseova–Thirringova jevu provedených družicovým experimentem.[4] Výsledky přispěly k rozvoji přesných metod měření orientace gyroskopických systémů v kosmickém prostoru.[3] Výsledky experimentu doplnily další družicová měření relativistických efektů, například experimenty využívající družice LAGEOS.[2]
Odkazy
editovatSouvisející články
editovatReference
editovat- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Gravity Probe B. einstein.stanford.edu [online]. NASA, 2005 [cit. 25-05-2026]. Dostupné online.
- 1 2 WALD, Robert M. General Relativity. Chicago: University of Chicago Press, 1984. Dostupné online. ISBN 978-0-226-87033-5. Kapitola 11.
- 1 2 3 4 5 6 7 EVERITT, C. W. F. Gravity Probe B Science Results – NASA Final Report. einstein.stanford.edu [online]. NASA, 2009 [cit. 25-05-2026]. Dostupné online.
- 1 2 3 4 5 EVERITT, C. W. F. Gravity Probe B: Final Results of a Space Experiment to Test General Relativity. Physical Review Letters. 2011, roč. 106, čís. 22. doi:10.1103/PhysRevLett.106.221101.
- 1 2 Spacecraft: Gravity Probe B. nssdc.gsfc.nasa.gov [online]. NASA NSSDC [cit. 25-05-2026]. Dostupné online.