Kula dyskotekowa pomoże przetestować teorię Einsteina. Oto niezwykły satelita LARES-2

W tym artykule:

1. Satelita LARES-2 to kula odbijająca światło
2. W badaniach wykorzystujących LARES-2 wezmą udział Polacy
3. Ziemia ciągnie za sobą czasoprzestrzeń

Satelita Laser Relativity Satellite 2 (LARES-2) wystartował z kosmodromu Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) w Kourou w Gujanie Francuskiej 13 lipca. Został wyniesiony na Średnią Orbitę Ziemską (MEO) zmodernizowaną wersją europejskiej rakiety nośnej Vega, czyli Vega C. Koszt „disco-ball”– jak określany jest potocznie satelita – to około 10 milionów euro. LARES-2 został zbudowany na polecenie Włoskiej Agencji Kosmicznej.

Satelita LARES-2 to kula odbijająca światło

LARES-2 jest wyjątkowo prostą konstrukcją. Jest to kula z metalu pokryta 303 reflektorami. Satelita nie został wyposażony w jakąkolwiek elektronikę pokładową ani w sterowniki nawigacyjne. To właśnie ze względu na reflektory satelita przypomina kulę dyskotekową. Konstrukcja nawiązuje do jej poprzednika o nazwie LARES. Był to rozpoczęty w 2012 roku eksperyment dotyczący ogólnej teorii względności, prowadzony w ramach misji Gravity Probe B. LARES-2 nawiązuje też do satelity o nazwie LAGEOS-1, wystrzelonego przez NASA w 1976 roku, głównie do badania grawitacji Ziemi.

– LARES-2 ma średnicę 42 cm, ale jest wykonany ze stopu niklu. To wyjątkowo gęsty, a tym samym ciężki metal, przez co całość waży niemal 300 kg. Ta gęstość jest bardzo istotna, ponieważ pozwoli zminimalizować skutki sił pochodzenia niegrawitacyjnego, czyli takich, jak np. ciśnienie promieniowania słonecznego – wyjaśnia dr Paweł Lejba, kierownik Obserwatorium Astrogeodynamicznego CBK PAN w Borówcu.

Satelita został umieszczony na wysokości około 5900 km nad Ziemią. Po okresie stabilizacji jego orbity rozpoczną się badania. Główną ich częścią będzie strzelanie do LARES-2 laserami.

W badaniach wykorzystujących LARES-2 wezmą udział Polacy

Korzystając z istniejącej globalnej sieci stacji laserowych, naukowcy będą przez wiele lat śledzić orbitę LARES-2.

– Kilkadziesiąt stacji na świecie będzie bombardować LARES-2 pikosekundowymi impulsami laserowymi. Dzięki temu powinniśmy zebrać dane mogące w bardzo dokładny i precyzyjny sposób pokazać zakrzywianie czasoprzestrzeni przez naszą planetę. Bo Ziemia ma na tyle dużą masę, że lekko zakrzywia czasoprzestrzeń wokół satelity. To są oddziaływania bardzo słabe, ale mierzalne i istotne. Dzisiaj, przy coraz większym ruchu na orbicie, trzeba mierzyć i uwzględniać efekty relatywistyczne – wyjaśnia dr Lejba.

Prowadzona przez niego stacja laserowa, będąca częścią Obserwatorium Astrogeodynamicznego CBK PAN w Borówcu, będzie brała udział w eksperymencie. Podobnie było przy poprzednich, wspomnianych wcześniej misjach.

Ziemia ciągnie za sobą czasoprzestrzeń

W 1913 roku Albert Einstein i jego współpracownik Michele Besso wykorzystali wstępną wersję ogólnej teorii względności, aby zasugerować, że obrót planety wokół własnej osi powinien wywołać nieznaczne przesunięcie orbity satelity. Obliczeń dotyczących tego efektu dokonali w 1918 roku austriaccy fizycy Josef Lense i Hans Thirringa. Współczesne obliczenia przewidują, że efekt Lense’a-Thirringa, rodzaj relatywistycznego „przeciągania klatki”, powinien sprawić, że płaszczyzna orbity będzie obracać się wokół osi Ziemi o 8,6 milionowych części stopnia rocznie.

Ale Ziemia nie jest idealną sferą, tylko geoidą. Wynikające z tego nieregularności w ziemskim polu grawitacyjnym utrudniają pomiar efektu relatywistycznego. Ale porównując orbity dwóch satelitów, można wykrywać te nieregularności.

Co nam to da? – Lepiej zrozumiemy zjawiska zachodzące we wnętrzu naszej planety. Np. konwekcję płaszcza Ziemi, która wpływa na kształt geoidy – opowiada dr Lejba.

Źródło: Nature.

Nasz ekspert

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.