Lenyűgöző inerciális vonatkoztatási rendszerekkel

Az inerciális referenciakeretek ellenállása vagy a Lense-Thirring effektus az általános relativitáselméletben (GR) a forgó masszív testek közelében megfigyelhető jelenség. A hatás a Coriolis - gyorsuláshoz hasonló további gyorsulások megjelenésében nyilvánul meg , vagyis végső soron a gravitációs térben mozgó teszttestekre ható erőkben.

Lense-Thirring hatás

A Coriolis-gyorsulás a newtoni mechanikában csak  - a nem inerciális vonatkoztatási rendszer inerciálishoz viszonyított szögsebességétől - és a vizsgált tömeg lineáris sebességétől függ a nem inerciális vonatkoztatási rendszerben ; egyenlő azzal

Josef Lense és Hans Thirring 1918-ban kimutatta, hogy a Coriolis-gyorsulásnak, figyelembe véve az általános relativitáselmélet hatásait egy forgó testtől való távolságra, amelynek tömegsugara at, van egy további összetevője [1] :

ahol

Geometriai értelmezés

Inerciális referenciakeretek bevonása forgó fekete lyukak körül

A hatás kísérleti igazolása és megfigyelése az asztrofizikában

A Lense-Thirring effektust egy masszív forgó test körül forgó teszttömeg orbitális síkjának precessziójaként, vagy a giroszkóp forgástengelyének precessziójaként figyelik meg egy ilyen test közelében.

A világon először mérte a hatást Ignazio Ciufolini ( olaszul:  Ignazio Ciufolini ) a Lecce-i Olasz Egyetemről és Erricos Pavlis , a Baltimore- i Maryland Egyetemről , az USA-ból. Eredményeiket 2004 októberében tették közzé [2] . Chufolini és Pavlis a geodinamika tanulmányozására és a Föld gravitációs mező paramétereinek finomítására felbocsátott LAGEOS és LAGEOS II ( LA ser GEO dynamics S atellite) műholdakon sarokreflektor lézerrel kapott több millió hatótávolság mérésének számítógépes elemzését végezte el . A műholdak keringésének észlelt átlagos forgása, amelyet a Lense-Thirring effektus okoz, évi 47,9 mikroívmásodperc (mas/év), vagyis az Einstein-elmélet által előrejelzett érték 99%-a ( 48,2 mas/év ), becsült hibával. ±10% . Egyes kutatók szerint a valós pontosság 20-30%-os nagyságrendű lehet [3] [4] [5] . J. Renzetti 2013-ban publikált egy áttekintő cikket, amely a Lense-Thirring-effektus mesterséges földi műholdak segítségével történő mérésére tett kísérletet [6] .

A hatás kísérleti megerősítésére a geodéziai precesszió egy másik, jelentősebb hatásával együtt az amerikai NASA űrügynökség végrehajtotta a Gravity Probe B műholdprogramot . A GP-B űrszonda sikeresen teljesítette programját az űrben. Az első eredményeket 2007 áprilisában publikálták , de a giroszkópokon lévő elektromos töltések befagyott eloszlásának forgására gyakorolt ​​hatása miatt, amely csak a pályán derült ki, az adatfeldolgozás pontossága nem volt elegendő a hatás elkülönítéséhez. (a tengely forgása évente 0,039 ívmásodperccel a Föld egyenlítőjének síkjában ) . A zavaró hatások számbavétele lehetővé tette a várt jel elkülönítését, a végeredmény 2007 decemberében várható, de az adatok elemzése 2011 májusáig tartott. A küldetés végeredményét a NASA-TV sajtótájékoztatóján jelentették be 2011. május 4- én , és a Physical Review Letters -ben [7] tették közzé .

A Gravity Probe B eredménye kevésbé pontosnak bizonyult (bár a tervezési hibának kb. 1%-nak kellett volna lennie, az elektromos töltés hatása a Lense-Thirring effektus relatív mérési hibájának ~20%-ra való romlásához vezetett) , hanem megerősítette a GR előrejelzéseit is. A geodéziai precesszió és a légellenállás mért értéke –6601,8 ± 18,3 mas /év , illetve –37,2 ± 7,2 mas/év (hasonlítsa össze a –6606,1 mas/év és –39,2 mas/év elméleti értékekkel ) .

2012. február 13-án, moszkvai idő szerint 14:00-kor az ESA sikeresen fellőtt egy Vega rakétát 9 különböző műholddal a fedélzetén, ezek egyike a LARES készülék volt , melynek fő küldetése a Lense-Thirring effektus tesztelése. Különböző vélemények vannak az ilyen küldetés során elérhető tényleges pontosságról [3] [4] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] .

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Lense J., Thirring H. Uber den Einfluß der Eigenrotation der Zentralkorper auf die Bewegung der Planeten und Monde nach der Einsteinschen Gravitationstheorie  (német)  // Physikalische Zeitschrift . - 1918. - Bd. 19 . - S. 156-163 . - .
  2. ↑ Ciufolini I., Pavlis EC A Lense-Thirring hatás általános relativisztikus előrejelzésének megerősítése   // Természet . - 2004. - 20. évf. 431 , iss. 7011 . - P. 958-960 . - doi : 10.1038/nature03007 . — .
  3. ↑ 1 2 Iorio L. A rendszeres bizonytalanság értékelése a műhold lézeres hatótávolság mérésével a lencse izgató hatásának jelenlegi és jövőbeni vizsgálataiban  // Space Science Reviews  . - Springer , 2009. - 20. évf. 148 . — 363. o . - doi : 10.1007/s11214-008-9478-1 . - . - arXiv : 0809.1373 .
  4. ↑ 1 2 Iorio L., Lichtenegger HIM, Ruggiero ML, Corda C. A Lense-Thirring-effektus fenomenológiája a naprendszerben  //  Astrophysics and Space Science. - 2011. - 20. évf. 331. sz . 2 . — 351. o . - doi : 10.1007/s10509-010-0489-5 . - Iránykód . - arXiv : 1009.3225 .
  5. ↑ Iorio L., Ruggiero ML, Corda C. Újszerű megfontolások a GRACE geopotenciális modellekkel  végzett kerethúzási LAGEOS-alapú tesztek hibabüdzséjéhez // Acta Astronautica  . - 2013. - Kt. 91 , sz. 10-11 . — 141. o . - doi : 10.1016/j.actaastro.2013.06.002 .
  6. ↑ Renzetti G. A pályakeret -elhúzódás mesterséges műholdakkal történő mérésére tett kísérletek története  // Central European  Journal of Physics . - 2013. - Kt. 11 , sz. 5 . — 531. o . - doi : 10.2478/s11534-013-0189-1 .
  7. ↑ Everitt CWF et al. Gravity Probe B : Az általános relativitáselmélet vizsgálatára végzett űrkísérlet végeredménye  // Physical Review Letters  . - 2011. - 20. évf. 106 , iss. 22 . — P. 221101 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.106.221101 . - . - arXiv : 1105.3456 .
  8. ↑ Iorio L. A Lense-Thirring hatás 1%-os mérése felé LARES-szel? (angol)  // Advances in Space Research. — Elsevier , 2009. — 20. évf. 43 , sz. 7 . - P. 1148-1157 . - doi : 10.1016/j.asr.2008.10.016 . - . - arXiv : 0802.2031 .
  9. ↑ Iorio L. A nemrégiben jóváhagyott LARES küldetés képes lesz 1%-os Lense–Thirring hatást mérni? (angol)  // Általános relativitáselmélet és gravitáció . - 2009. - 1. évf. 41 , sz. 8 . - P. 1717-1724 . - doi : 10.1007/s10714-008-0742-1 . - . - arXiv : 0803.3278 .  
  10. ↑ Iorio L. Legutóbbi kísérletek az általános relativisztikus lencseizgató hatás mérésére természetes és mesterséges testekkel a Naprendszerben   // PoS ISFTG . - 2009. - 1. évf. 017 . - . - arXiv : 0905.0300 .
  11. ↑ Iorio L. Az atmoszférikus ellenállás hatásáról a LARES küldetésre  // Acta Physica Polonica  B. - 2010. - 20. évf. 41 , sz. 4 . - P. 753-765 . Az eredetiből archiválva : 2012. március 1.
  12. ↑ Ciufolini I., Paolozzi A., Pavlis EC, Ries JC, Koenig R., Matzner RA, Sindoni G., Neumayer H. Gravitomagnetism and Its Measurement with Laser Ranging to the LAGEOS Satellites and GRACE Earth Gravity Models // Általános relativitáselmélet és John Archibald Wheeler - SpringerLink , 2010. - Vol. 367.-P. 371-434. — (Asztrofizikai és Űrtudományi Könyvtár). - doi : 10.1007/978-90-481-3735-0_17 .  
  13. ↑ Paolozzi A., Ciufolini I., Vendittozzi C. A LARES műhold mérnöki és tudományos vonatkozásai  // Acta Astronautica  . - 2011. - 20. évf. 69 , sz. 3-4 . - 127-134 . o . — 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. Gravitational Physics with Satellite Laser Ranging  // European Physical Journal  Plus . - 2011. - 20. évf. 126. sz . 8 . - 72. o . - doi : 10.1140/epjp/i2011-11072-2 . — Iránykód .
  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 műholdak  (angol)  // New Astronomy. - 2011. - 20. évf. 17 , sz. 3 . - P. 341-346 . - doi : 10.1016/j.newast.2011.08.003 . - Iránykód .
  16. ↑ Renzetti G. Valóban károsak-e még a magasabb fokozatú zónák is a LARES/LAGEOS kerethúzási kísérletre? (angol)  // Canadian Journal of Physics. - 2012. - Kt. 90 , sz. 9 . - P. 883-888 . - doi : 10.1139/p2012-081 . — .

Linkek

Irodalom