Minden rosszban van valami jó
(Rovat: Galileo, Minden jó, ha a vége jó... - 2015.11.26 07:15.)

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)