Onderzoekers hebben twee voorspellingen van Albert Einsteins algemene relativiteitstheorie bevestigd, waarmee een van de langstlopende projecten van NASA is afgerond. Het eerste is het geodetische effect, of het vervormen van ruimte en tijd rond een zwaartekrachtlichaam. De tweede is frame-dragging, wat de hoeveelheid is die een draaiend object met zich meebrengt terwijl het roteert.
Gravity Probe-B bepaalde beide effecten met een ongekende precisie door in een polaire baan rond de aarde naar een enkele ster, IM Pegasi, te wijzen. Als de zwaartekracht geen invloed had op ruimte en tijd, zouden de gyroscopen van GP-B voor altijd in dezelfde richting wijzen terwijl ze in een baan om de aarde waren. Maar ter bevestiging van de theorieën van Einstein ervoeren de gyroscopen meetbare, kleine veranderingen in de richting van hun draai, terwijl de zwaartekracht van de aarde naar hen trok.
Het project is al 52 jaar in de maak.
De bevindingen staan online in het tijdschrift Physical Review Letters.
"Stel je de aarde voor alsof ze ondergedompeld is in honing", zegt Francis Everitt, hoofdonderzoeker van Gravity Probe-B aan de Stanford University. "Terwijl de planeet roteert, zou de honing eromheen wervelen, en dat is hetzelfde met ruimte en tijd", "bevestigde GP-B twee van de meest diepgaande voorspellingen van het Einstein-universum, met verstrekkende gevolgen voor astrofysisch onderzoek. Evenzo zullen de decennia van technologische innovatie achter de missie een blijvende erfenis hebben op aarde en in de ruimte. ”
NASA begon met de ontwikkeling van dit project vanaf de herfst van 1963 met initiële financiering om een relativiteits gyroscoop-experiment te ontwikkelen. De daaropvolgende decennia van ontwikkeling leidden tot baanbrekende technologieën om omgevingsstoringen op ruimtevaartuigen te beheersen, zoals aerodynamische weerstand, magnetische velden en thermische variaties. De stertracker en gyroscopen van de missie waren de meest nauwkeurige ooit ontworpen en geproduceerd.
GP-B voltooide de gegevensverzamelingsactiviteiten en werd in december 2010 buiten gebruik gesteld.
"De resultaten van de missie zullen op lange termijn een impact hebben op het werk van theoretische natuurkundigen", zegt Bill Danchi, senior astrofysicus en programmawetenschapper op het NASA-hoofdkantoor in Washington. "Elke toekomstige uitdaging voor Einsteins theorieën over algemene relativiteitstheorie zal naar nauwkeurigere metingen moeten zoeken dan het opmerkelijke werk dat GP-B heeft verricht."
Innovaties mogelijk gemaakt door GP-B zijn gebruikt in GPS-technologieën waarmee vliegtuigen zonder hulp kunnen landen. Extra GP-B-technologieën werden toegepast op NASA's Cosmic Background Explorer-missie, die de achtergrondstraling van het universum nauwkeurig bepaalde. Die meting is de onderbouwing van de oerknaltheorie en leidde tot de Nobelprijs voor NASA-natuurkundige John Mather.
Het drag-free satellietconcept dat door GP-B werd ontwikkeld, maakte een aantal aardobservatiesatellieten mogelijk, waaronder NASA's Gravity Recovery and Climate Experiment en het European Space Agency's Gravity field en steady-state Ocean Circulation Explorer. Deze satellieten bieden de meest nauwkeurige metingen van de vorm van de aarde, cruciaal voor nauwkeurige navigatie over land en zee, en begrijpen de relatie tussen oceaancirculatie en klimaatpatronen.
GP-B verlegde ook de grenzen van kennis en bood een praktisch oefenterrein voor 100 doctoraatsstudenten en 15 masterdiploma's aan universiteiten in de Verenigde Staten. Meer dan 350 studenten en meer dan vier dozijn middelbare scholieren werkten ook aan het project met vooraanstaande wetenschappers en lucht- en ruimtevaartingenieurs uit de industrie en de overheid. Een niet-gegradueerde student die aan GP-B werkte, werd de eerste vrouwelijke astronaut in de ruimte, Sally Ride. Een andere was Eric Cornell, die in 2001 de Nobelprijs voor natuurkunde won.
"GP-B draagt op belangrijke manieren bij aan de kennisbasis over relativiteit en de positieve impact ervan zal merkbaar zijn in de carrières van studenten wier opleiding door het project is verrijkt", zegt Ed Weiler, adjunct-beheerder van het directoraat Wetenschapsmissie bij het NASA-hoofdkwartier.
Bronnen: NASA, Stanford University
