Een internationaal team van NASA- en universitaire onderzoekers heeft het eerste directe bewijs gevonden dat de aarde tijdens het draaien ruimte en tijd om zich heen sleept.
De onderzoekers denken dat ze het effect hebben gemeten, voor het eerst voorspeld in 1918 door Einsteins algemene relativiteitstheorie te gebruiken, door nauwkeurig verschuivingen in de banen van twee om de aarde draaiende satellieten te observeren. De onderzoekers observeerden de banen van de Laser Geodynamics Satellite I (LAGEOS I), een NASA-ruimtevaartuig, en LAGEOS II, een gezamenlijk NASA / Italian Space Agency (ASI) -ruimtevaartuig.
Het onderzoek, gerapporteerd in het tijdschrift Nature, is de eerste nauwkeurige meting van een bizar effect dat voorspelt dat een roterende massa er ruimte omheen zal slepen. Het Lense-Thirring-effect staat ook bekend als frame dragging.
Het team werd geleid door Dr. Ignazio Ciufolini van de Universiteit van Lecce, Italië, en Dr. Erricos C. Pavlis van het Joint Center for Earth System Technology, een onderzoekssamenwerking tussen NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md., En de Universiteit van Maryland, Baltimore County.
"Algemene relativiteitstheorie voorspelt dat massieve roterende objecten ruimte-tijd om zich heen moeten slepen terwijl ze roteren," zei Pavlis. “Frame dragging is zoals wat er gebeurt als een bowlingbal in een dikke vloeistof zoals melasse draait. Terwijl de bal ronddraait, trekt hij de melasse om zich heen. Alles wat in de melasse zit, beweegt ook rond de bal. Evenzo, terwijl de aarde roteert, trekt ze de ruimtetijd in haar omgeving om zich heen. Dit zal de banen van satellieten in de buurt van de aarde verschuiven. ' De studie is een vervolg op eerder werk in 1998, waar het team van de auteurs de eerste directe detectie van het effect rapporteerde.
De vorige meting was veel minder nauwkeurig dan het huidige werk, vanwege onnauwkeurigheden in het destijds beschikbare gravitatiemodel. Gegevens van NASA's GRACE-missie zorgden voor een enorme verbetering in de nauwkeurigheid van nieuwe modellen, wat dit nieuwe resultaat mogelijk maakte.
"We ontdekten dat het vlak van de banen van LAGEOS I en II ongeveer twee meter per jaar werd verschoven in de richting van de rotatie van de aarde", zei Pavlis. “Onze meting komt 99 procent overeen met wat wordt voorspeld door algemene relativiteit, wat binnen onze foutmarge van plus of min vijf procent ligt. Zelfs als de zwaartekrachtmodelfouten twee of drie keer de officieel vermelde waarden afwijken, is onze meting nog steeds nauwkeurig tot 10 procent of beter. ” Toekomstige metingen door Gravity Probe B, een NASA-ruimtevaartuig dat in 2004 werd gelanceerd, zouden deze foutenmarge tot minder dan één procent moeten verminderen. Dit belooft onderzoekers veel meer te vertellen over de betrokken fysica.
Het team van Ciufolini, dat gebruik maakte van de LAGEOS-satellieten, observeerde eerder het Lense-Thirring-effect. Het is onlangs waargenomen rond verre hemellichamen met intense zwaartekrachtvelden, zoals zwarte gaten en neutronensterren. Het nieuwe onderzoek rond de aarde is de eerste directe, nauwkeurige meting van dit fenomeen op het niveau van vijf tot tien procent. Het team analyseerde een periode van 11 jaar met laserafstandsgegevens van de LAGEOS-satellieten van 1993 tot 2003, met behulp van een methode die tien jaar geleden door Ciufolini was ontwikkeld.
De metingen vereisten het gebruik van een uiterst nauwkeurig model van het zwaartekrachtveld van de aarde, EIGEN-GRACE02S genaamd, dat pas onlangs beschikbaar kwam, op basis van een analyse van GRACE-gegevens. Het model is ontwikkeld in het GeoForschungs Zentrum Potsdam, Duitsland, door een groep die samen met het Center for Space Research van de Universiteit van Texas in Austin co-hoofdonderzoekers zijn van de GRACE-missie.
LAGEOS II, gelanceerd in 1992, en zijn voorganger, LAGEOS I, gelanceerd in 1976, zijn passieve satellieten die uitsluitend zijn bestemd voor laserafstanden. Het proces omvat het verzenden van laserpulsen naar de satelliet vanuit verschillende stations op aarde en het registreren van de reistijd heen en terug. Gezien de bekende waarde voor de lichtsnelheid, stellen deze meting wetenschappers in staat om nauwkeurig de afstanden te bepalen tussen laserafstandsstations op aarde en de satelliet.
NASA en Stanford University, Palo Alto, Californië, ontwikkelden Gravity Probe B. Het zal nauwkeurig kleine veranderingen in de draairichting van vier gyroscopen in een aardesatelliet controleren die 400 mijl in een baan om de polen draaien. Het experiment test twee theorieën met betrekking tot Einstein's Theory of General Relativity, inclusief het Lense-Thirring Effect. Deze effecten, hoewel klein voor de aarde, hebben verstrekkende gevolgen voor de aard van de materie en de structuur van het universum.
Oorspronkelijke bron: NASA News Release
