Minden rosszban van valami jó

Az EU és az ESA nem is köszönthetné stílszerűbben az általános relativitáselmélet 100. születésnapját, mint azzal, hogy két „félresikerült” műholddal ellenőrzi az elméletet.

Amint arról beszámoltunk, 2014. augusztus 22-én Szojuz hordozórakétával indították a Galileo–5 és –6 navigációs műholdakat. Azok azonban a hordozórakéta utolsó fokozatának hibája miatt nem érték el a tervezett pályát, így navigációs célra nem, vagy csak korlátozottan alkalmasak. Az ESA szakemberei manőverek sorozatával (a perigeum 3500 km-re történő megemelésével) kevésbé elliptikussá tették a hibás, erősen elnyúlt ellipszispályát (a holdak a start után a 23 500 km magas körpálya helyett egy 13 700 km és 25 900 km között változó magasságú, elnyúlt ellipszispályára kerültek).

Az 5. és a 6. Galileo hold nem érte el a tervezett pályáját (zöld), amilyenen az első négy műhold kering. A hordozórakéta hibája miatt a piros pályára kerültek, amelyet 2014. novemberben és 2015. január–februárban megemeltek, így azóta a kék pályán keringenek. (Kép: ESA)

Egyelőre nem dőlt el, hogy a két műhold alkalmas lesz-e eredeti feladata ellátására, és a konstelláció tagjai lesznek-e. Közben viszont rájöttek, hogy mostani pályáikon kiválóan alkalmasak az általános relativitáselmélet tesztelésére, ugyanis naponta kétszer mintegy 8500 kilométert emelkednek, illetve süllyednek a Föld gravitációs terében, így periodikusan változik a gravitációs tér holdak által „érzett” erőssége.

Az általános relativitáselmélet szerinti a gravitációs tér hatással van az idő múlásának ütemére. Ezt a világűrbe felvitt atomórával először a Gravity Probe A kísérletben mutatták ki. A kísérletben a relativitáselmélet előrejelzését 140 milliomod rész pontossággal igazolták. A navigációs műholdak fedélzetén működő atomórák a relativisztikus hatás miatt gyorsabban járnak a Föld felszínén működő ugyanolyan óráknál. Igaz, hogy az eltérés naponta csak néhány tized mikroszekundum (vagyis a másodperc tízmilliomod részének nagyságrendjébe esik), azonban ha ezt az eltérést nem korrigálnák, akkor az naponta 10 km nagyságrendű hibát okozna a navigációban.

A Galileo műholdakon elhelyezett, passzív hidrogén mézerrel működő atomóra hárommillió év alatt sietne vagy késne egy másodpercet. (Kép: ESA)

A nem megfelelő pályára került két Galileo műholddal egy éven keresztül fogják ellenőrizni az általános relativitáselmélet arra vonatkozó előrejelzését, hogy erősebb gravitációs térben az idő lassabban múlik (gravitációs vöröseltolódás). (Kép: GSA)

A Galileo műholdakon működő hidrogén mézer atomórák lehetővé teszik, hogy a Gravity Probe A-nál is pontosabban ellenőrizzék a relativitáselmélet előrejelzését. Ez elsősorban annak köszönhető, hogy a Gravity Probe A kísérletben egyetlen alkalommal emelték mintegy 10 000 km magasba az atomórát (tehát az nem állt Föld körüli pályára), a két hibás pályán keringő Galileo hold viszont a méréssorozat egy éve alatt sok százszor megteszi a kb. 8500 km-es magasságkülönbséget. Remélik, hogy a méréssorozattal sikerül megnégyszerezni az egykori amerikai kísérlet pontosságát. Az ESA következő atomórás kísérletét 2017-ben a Nemzetközi Űrállomáson tervezik végrehajtani, azzal 2–3 milliomod résznyi pontossággal szeretnék ellenőrizni Einstein elméletét.

A Gravity Probe A kísérletben 1976-ban rakétával kb. 10 000 km magasba emeltek egy atomórát, amely a nagy magasságban gyengébb gravitációs térben gyorsabban járt a Földön maradt párjánál. A mérés 0,02% pontossággal igazolta a relativitáselmélet előrejelzését. A képen a kísérlet kigondolói, Robert Vessot és Martin Levine (Smithsonian Asztrofizikai Obszervatórium). (Kép: einstein.stanford.edu)

Kapcsolódó cikkek:
Galileo 9-10
Galileo 7-8
Galileo 5-6
GYORSHÍR: Rossz pályán a Galileo holdak
Helyzetjelentés a két félrecsúszott műholdról
Megvan a hiba oka
A rendszer lelke: hiperpontos órák

Kapcsolódó linkek:
Az „elrontott” pályára került két Galileo-műhold tudományos haszna (ESA)
Az ESA műholdas navigációs honlapja
Navipedia – (sok)minden, amit a műholdas navigációról tudni érdemes
Európai Műholdas Navigációs Ügynökség (GSA)