Fascinace inerciálními vztažnými soustavami

Odpor inerciálních referenčních soustav nebo Lense-Thirringův efekt je jev v obecné relativitě (GR) pozorovaný v blízkosti rotujících masivních těles. Efekt se projevuje vznikem dalších zrychlení podobných Coriolisovu zrychlení , tedy silám působícím na zkušební tělesa pohybující se v gravitačním poli.

Lense-Thirringův efekt

Coriolisovo zrychlení v newtonovské mechanice závisí pouze na  - úhlové rychlosti neinerciální vztažné soustavy vzhledem k inerciální soustavě - a na lineární rychlosti zkušební hmoty v neinerciální vztažné soustavě ; to se rovná

Josef Lense a Hans Thirring v roce 1918 ukázali, že Coriolisovo zrychlení, vezmeme-li v úvahu účinky obecné teorie relativity pro vzdálenost od rotujícího tělesa s poloměrem hmotnosti u, má další složku [1] :

kde

Geometrická interpretace

Strhávání inerciálních referenčních soustav kolem rotujících černých děr

Experimentální ověření a pozorování efektu v astrofyzice

Lense-Thirringův efekt je pozorován jako precese orbitální roviny zkušební hmoty obíhající kolem masivního rotujícího tělesa nebo jako precese osy rotace gyroskopu v blízkosti takového tělesa.

Poprvé na světě byl účinek měřen Ignazio Ciufolini ( italsky  Ignazio Ciufolini ) z italské univerzity v Lecce a Erricosem Pavlisem z univerzity v Marylandu , Baltimore, USA. Jejich výsledky byly zveřejněny v říjnu 2004 [2] . Chufolini a Pavlis provedli počítačovou analýzu několika milionů měření vzdálenosti získaných rohovým reflektorovým laserem na družicích LAGEOS a LAGEOS II ( LA ser GEO dynamics S atellite) vypuštěných za účelem studia geodynamiky a zpřesnění parametrů gravitačního pole Země. Zjištěná průměrná rotace oběžných drah satelitů způsobená Lense-Thirringovým efektem je 47,9 mikroobloukových sekund za rok (mas/rok), neboli 99 % hodnoty předpokládané Einsteinovou teorií ( 48,2 mas/rok ), s odhadovanou chybou ±10 %. Podle některých výzkumníků může být skutečná přesnost řádově 20-30 % [3] [4] [5] . J. Renzetti publikoval v roce 2013 přehledový článek věnovaný pokusu o měření Lense-Thirringova jevu pomocí umělých družic Země [6] .

Pro experimentální potvrzení efektu, spolu s dalším, významnějším efektem geodetické precese , provedla americká vesmírná agentura NASA družicový program Gravity Probe B. Kosmická loď GP-B úspěšně dokončila svůj program ve vesmíru. První výsledky byly publikovány v dubnu 2007 , ale vzhledem k vlivu zamrzlého rozložení elektrických nábojů na gyroskopech na jejich rotaci, který byl odhalen pouze na oběžné dráze, byla přesnost zpracování dat nedostatečná k izolaci efektu (otočení osy o 0,039 obloukových sekund za rok v rovině zemského rovníku ) . Započtení rušivých vlivů umožnilo izolovat očekávaný signál, konečné výsledky byly očekávány v prosinci 2007, ale analýza dat trvala až do května 2011. Konečné výsledky mise byly oznámeny na tiskové konferenci na NASA-TV dne 4. května 2011 a zveřejněny ve Physical Review Letters [7] .

Výsledek gravitační sondy B se ukázal jako méně přesný (ačkoliv konstrukční chyba měla být asi 1 %, vliv elektrického náboje vedl ke zhoršení relativní chyby měření Lense-Thirringova efektu na ~20 %) , ale také potvrdil předpovědi GR. Naměřená hodnota geodetické precese a efektu odporu byla −6601,8 ± 18,3 ms / rok , respektive −37,2 ± 7,2 ms/rok (ve srovnání s predikovanými teoretickými hodnotami −6606,1 ms/rok a −39,2 ms/rok ) .

Dne 13. února 2012 ve 14:00 moskevského času ESA úspěšně vypustila raketu Vega s 9 různými družicemi na palubě, jedním z nich byl aparát LARES , jehož hlavním posláním je testovat Lense-Thirringův efekt. Existují různé názory na skutečnou přesnost dosažitelnou v takové misi [3] [4] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Lense J., Thirring H. Uber den Einfluß der Eigenrotation der Zentralkorper auf die Bewegung der Planeten und Monde nach der Einsteinschen Gravitationstheorie  (německy)  // Physikalische Zeitschrift . - 1918. - Bd. 19 . - S. 156-163 . - .
  2. ↑ Ciufolini I., Pavlis EC Potvrzení obecné relativistické predikce Lense-Thirringova efektu   // Nature . - 2004. - Sv. 431 , iss. 7011 . - S. 958-960 . - doi : 10.1038/nature03007 . — .
  3. ↑ 1 2 Iorio L. Posouzení systematické nejistoty v současných a budoucích testech efektu Lense-Thirring se satelitním laserovým měřením  // Space Science Reviews  . - Springer , 2009. - Sv. 148 . — S. 363 . - doi : 10.1007/s11214-008-9478-1 . - . - arXiv : 0809.1373 .
  4. ↑ 1 2 Iorio L., Lichtenegger HIM, Ruggiero ML, Corda C. Fenomenologie Lense-Thirringova jevu ve sluneční soustavě  //  Astrofyzika a vesmírná věda. - 2011. - Sv. 331 , č.p. 2 . — S. 351 . - doi : 10.1007/s10509-010-0489-5 . - . - arXiv : 1009.3225 .
  5. ↑ Iorio L., Ruggiero ML, Corda C. Nové úvahy o chybovém rozpočtu testů tažení snímků založených na LAGEOS s geopotenciálními modely GRACE  // Acta Astronautica  . - 2013. - Sv. 91 , č. 10-11 . — S. 141 . - doi : 10.1016/j.actaastro.2013.06.002 .
  6. ↑ Renzetti G. Historie pokusů o měření orbitálního přetahování s umělými družicemi  // Central European  Journal of Physics . - 2013. - Sv. 11 , č. 5 . — S. 531 . - doi : 10.2478/s11534-013-0189-1 .
  7. ↑ Everitt CWF a kol. Gravitační sonda B : Konečné výsledky vesmírného experimentu k testování obecné teorie relativity  // Physical Review Letters  . - 2011. - Sv. 106 , iss. 22 . — S. 221101 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.106.221101 . - . - arXiv : 1105.3456 .
  8. ↑ Iorio L. Směrem k 1% měření efektu Lense-Thirring pomocí LARES? (anglicky)  // Pokroky ve výzkumu vesmíru. — Elsevier , 2009. — Sv. 43 , č. 7 . - S. 1148-1157 . - doi : 10.1016/j.asr.2008.10.016 . - . - arXiv : 0802.2031 .
  9. ↑ Iorio L. Bude nedávno schválená mise LARES schopna změřit efekt Lense–Thirring na 1 %? (anglicky)  // Obecná teorie relativity a gravitace . - 2009. - Sv. 41 , č. 8 . - S. 1717-1724 . - doi : 10.1007/s10714-008-0742-1 . - . - arXiv : 0803.3278 .  
  10. ↑ Iorio L. Nedávné pokusy o měření obecného relativistického efektu tření čočky s přírodními a umělými těly ve sluneční soustavě   // PoS ISFTG . - 2009. - Sv. 017 . - . - arXiv : 0905.0300 .
  11. ↑ Iorio L. O dopadu atmosférického odporu na misi LARES  // Acta Physica Polonica B  . - 2010. - Sv. 41 , č. 4 . - str. 753-765 . Archivováno z originálu 1. března 2012.
  12. ↑ Ciufolini I., Paolozzi A., Pavlis EC, Ries JC, Koenig R., Matzner RA, Sindoni G., Neumayer H. Gravitomagnetism and its Measurement with Laser Range to the LAGEOS Satellites and GRACE Earth Gravity Models // General Relativity and John Archibald Wheeler - SpringerLink , 2010. - Sv. 367, str. 371-434. — (Knihovna vědy o astrofyzice a vesmíru). - doi : 10.1007/978-90-481-3735-0_17 .  
  13. ↑ Paolozzi A., Ciufolini I., Vendittozzi C. Inženýrské a vědecké aspekty satelitu LARES  // Acta Astronautica  . - 2011. - Sv. 69 , č. 3-4 . - str. 127-134 . — ISSN 0094-5765 . - doi : 10.1016/j.actaastro.2011.03.005 .
  14. ↑ Ciufolini I., Paolozzi A., Pavlis EC, Ries J., Koenig R., Sindoni G., Neumayer H. Testing Gravitational Physics with Satellite Laser Ranging  // European Physical Journal  Plus . - 2011. - Sv. 126 , č.p. 8 . - str. 72 . - doi : 10.1140/epjp/i2011-11072-2 . — .
  15. ↑ Ciufolini I., Pavlis EC, Paolozzi A., Ries J., Koenig R., Matzner R., Sindoni G., Neumayer KH Phenomenology of the Lense-Thirring effect in the Solar System: Measurement of frame-dragging with laser ranged satelity  (anglicky)  // New Astronomy. - 2011. - Sv. 17 , č. 3 . - str. 341-346 . - doi : 10.1016/j.newast.2011.08.003 . - .
  16. ↑ Renzetti G. Jsou dokonce zonální vyšší stupně skutečně škodlivé pro experiment LARES/LAGEOS s přetahováním rámu? (anglicky)  // Canadian Journal of Physics. - 2012. - Sv. 90 , č. 9 . - S. 883-888 . - doi : 10.1139/p2012-081 . — .

Odkazy

Literatura