Rossz pálya, jó eredmény
(Rovat: Galileo, Minden jó, ha a vége jó... - 2018.12.13 07:15.)

Két Galileo navigációs műhold 2014-ben nem megfelelő pályára került, de segítségükkel most a korábbinál pontosabban kimérték a gravitációs vöröseltolódást.

Navigációs feladatokra ugyan lényegében nem alkalmas a 2014 augusztusában felbocsátott, de a rakéta végfokozatának hibájából a szükséges kör helyett elnyúlt elliptikus pályán ragadt 5. és 6. számú Galileo műhold, de legalább a fizikusok jó hasznukat vették. Mostanra ugyanis minden eddiginél pontosabb méréseket sikerült végezni Einstein általános relativitáselméletének egyik alapvető következményével, a gravitációs vöröseltolódással kapcsolatban.

(Illusztráció: ESA / P. Carril / Wikimedia Commons / G. Porter)

A jelenség lényege, hogy az idő az erősebb gravitációs térben lassabban múlik. A pontos mérés kulcsa egyrészt az űreszközök fedélzetén elhelyezett igen pontos és stabil hidrogén mézer atomóra – ez amúgy a precíz navigációs jelek generálásának alapfeltétele –, másrészt az, hogy a két Galileo műhold Földtől való távolsága a pályájuk mentén lényegesen eltérjen. A normális módon működő navigációs műholdaknál ez az atomórák járásában megmutatkozó jelenség természetesen nem lép fel, hiszen pályájuk közel kör alakú. Természetesen az is szükséges, hogy a műholdak pályáit nagyon pontosan sikerüljön meghatározni. Ebben segítettek a rajtuk elhelyezett lézertükrökre a földi lézeres állomáshálózatból végzett távolságmérések.

A tervezett mérések módjáról egy korábbi cikkünkben részletesen szóltunk, így most csak eredmények ismertetésére térünk ki. Két, egymástól függetlenül dolgozó európai kutatócsoportnak a több mint négy évtizeddel ezelőtti amerikai Gravity Probe-A kísérlet eredményével összehasonlítva 5,6-szer nagyobb pontossággal sikerült kimérni a jelenséget. Az erről beszámoló publikáció nemrég a Physical Review Letters folyóiratban jelent meg. Eszerint több mint 1000 napon át végzett mérések és az adatok gondos feldolgozása, a műholdak lézeres távolságmérése és a pályák meghatározása alapján a gravitációs vöröseltolódás mértéke a relativitáselmélet által jósolttól legfeljebb az ötödik tizedesjegyben térhet el.

A hibás pályára került két Galileo műhold napjában kétszer 8500 km magasságkülönbséget tesz meg bolygónk gravitációs terében. Ez kimutatható hatással van atomóráik járásában, ahogyan azt az általános relativitáselmélet megköveteli. A változások mértéke periódusonként kb. 370 nanoszekundum. (Kép: ESA)

Érdemes megjegyezni, hogy a gravitációs vöröseltolódásra vonatkozó, talán még ennél is pontosabb eredmények várhatók a közeljövőben. A mérésekhez az orosz RadioAstron rádiócsillagászati műholdat használják. Ennek fedélzetén is hidrogén mézer atomóra repül, és az űreszköz igen elnyúlt pályáján közel 400 ezer km-re is eltávolodik a Földtől. A kísérletet leíró és az előzetes eredményeket bemutató szakmai publikáció ugyancsak idén látott napvilágot a Physics Letters A folyóiratban.