Войти
 | |
| Тип миссии | Astrophysics |
|---|---|
| Operator | NASA / Стэнфордский университет |
| COSPAR ID | 2004-014A |
| SATCAT номер | 28230 |
| Веб-сайт | einstein.stanford.edu |
| Продолжительность полета | 17,5 месяцев |
| Характеристики космического корабля | |
| Производитель | Lockheed Martin |
| Стартовая масса | 3100 кг (6800 фунтов) |
| Размеры | 6,4 м × 2,6 м (21,0 футов × 8,5 футов) |
| Мощность | 606 Вт. Космический корабль: 293 Вт. Полезная нагрузка: 313 Вт |
| Начало полета | |
| Дата запуска | 20 апреля 2004 г., 16:57:24 (2004-04-20UTC16: 57: 24Z) UTC |
| Ракета | Delta II 7920-10C |
| Место запуска | Ванденберг SLC-2W |
| Конец миссии | |
| Утилизация | Списано |
| Деактивировано | 8 декабря 2010 г. (09.12.2010) |
| Параметры орбиты | |
| Система отсчета | Геоцентрический |
| Режим | Низкая Земля |
| Большая полуось | 7027,4 км (4366,6 мили) |
| Эксцентриситет | 0,0014 |
| Высота перигея | 641 км (398 миль) |
| Высота апогея | 645 км (401 миль) |
| Наклонение | 90,007º |
| Период | 97,65 минут |
| Epoch | UTC |
Gravity Probe B (GP-B ) был основан на спутнике эксперимент по проверке двух непроверенных предсказаний общей теории относительности: геодезический эффект и перетаскивание кадра. Это должно было быть достигнуто путем очень точного измерения крошечных изменений направления вращения четырех гироскопов, содержащихся в спутнике на орбите Земли на высоте 650 км (400 миль), пересекающих непосредственно полюса.
Спутник был запущен 20 апреля 2004 года на ракете Delta II. Этап космического полета длился до ; Его цель состояла в том, чтобы измерить кривизну пространства-времени около Земли и, таким образом, тензор энергии-напряжения (который связан с распределением и движением материи в космосе) на Земле и около Земли. Это обеспечило проверку общей теории относительности, гравитомагнетизма и связанных с ними моделей. Главным исследователем был Фрэнсис Эверит.
. Первоначальные результаты подтвердили ожидаемый геодезический эффект с точностью около 1%. Ожидаемый эффект перетаскивания кадра был аналогичен по величине текущему уровню шума (в шуме преобладали изначально немоделированные эффекты из-за неоднородных покрытий на гироскопах). Продолжалась работа по моделированию и учету этих источников ошибок, что позволило выделить сигнал перетаскивания кадра. К эффект перетаскивания кадра был подтвержден с точностью до 15% от ожидаемого результата, а в отчете НАСА указано, что геодезический эффект был подтвержден на уровне выше 0,5%.
В статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters в , авторы сообщили об анализе данных со всех четырех гироскопов. приводит к скорости геодезического дрейфа -6601,8 ± 18,3 мсд /yr и скорости дрейфа с задержкой кадров -37,2 ± 7,2 мсек / год, что хорошо согласуется с предсказаниями общей теории относительности -6606,1 ± 0,28% мсд / год. год и -39,2 ± 0,19% масс / год, соответственно.
Гравитационный зонд B со сложенными солнечными панелями. Гравитационный зонд B был гироскопом относительности Эксперимент финансируется НАСА. Усилиями руководил физический факультет Стэнфордского университета с Lockheed Martin в качестве основного субподрядчика. Ученые миссии рассматривали его как второй эксперимент по теории относительности в космосе после успешного запуска Gravity Probe A (GP-A) в .
В планах миссии было проверить два непроверенных предсказания общего относительность: геодезический эффект и перетаскивание. Это должно было быть достигнуто путем очень точного измерения крошечных изменений направления вращения четырех гироскопов, содержащихся на спутнике Земли, движущемся по орбите на высоте 650 км (400 миль), пересекая непосредственно полюса. Гироскопы должны были быть настолько свободными от помех, чтобы обеспечивать почти идеальную систему отсчета пространство-время. Это позволило бы им выявить, как пространство и время "искажаются" присутствием Земли и насколько вращение Земли "увлекает" за собой пространство-время.
Геодезический эффект - это эффект, вызванный "искривлением" пространства-времени массой Земли. Ось гироскопа, когда параллельно перемещается вокруг Земли за один полный оборот, в конечном итоге не указывает точно в том же направлении, что и раньше. Угол, «отсутствующий», можно представить как величину, на которую гироскоп «наклоняется» на наклон кривизны пространства-времени. Более точное объяснение части геодезической прецессии, связанной с кривизной пространства, получено при использовании почти плоского конуса для моделирования кривизны пространства гравитационного поля Земли. Такой конус получается путем вырезания из круга тонкого «кусочка пирога» и склеивания обрезанных краев. Пространственная геодезическая прецессия - это мера отсутствующего угла "круговой срез". Ожидалось, что Gravity Probe B измерит этот эффект с точностью до одной десятой, что на сегодняшний день является самой строгой проверкой общих релятивистских предсказаний.
Гораздо меньший эффект перетаскивания кадра является примером гравитомагнетизма. Это аналог магнетизма в классической электродинамике, но вызванный вращающимися массами, а не вращающимися электрическими зарядами. Ранее только два анализа данных лазерной локации, полученных двумя спутниками LAGEOS, опубликованные в и , утверждали, что обнаружили эффект перетаскивания кадра с точностью примерно 20% и 10% соответственно, тогда как Gravity Probe B стремился измерить эффект перетаскивания кадра с точностью до 1%. Однако Лоренцо Иорио заявил, что уровень полной неопределенности испытаний, проведенных с двумя спутниками LAGEOS, вероятно, был сильно недооценен. Недавний анализ данных Mars Global Surveyor подтвердил эффект перетаскивания кадра с точностью до 0,5%, хотя точность этого утверждения оспаривается. Также недавно был исследован эффект Линзы – Тирринга Солнца в связи с возможным обнаружением внутренних планет в ближайшем будущем.
Запуск был запланирован на на базе ВВС Ванденберг, но был очищен в течение 5 минут после запланированного окна запуска из-за изменения ветра в верхних слоях атмосферы. Необычной особенностью миссии является то, что у нее было окно запуска всего в одну секунду из-за точной орбиты, необходимой для эксперимента. PDT (UTC ) космический корабль был успешно запущен. Спутник был выведен на орбиту в AM (UTC) после периода полета над южным полюсом и короткого второго ожога. Миссия длилась 16 месяцев.
Некоторые предварительные результаты были представлены на специальной сессии во время встречи Американского физического общества в . НАСА первоначально запросило предложение о продлении фазы анализа данных GP-B до . Фаза анализа данных была продлена до с использованием финансирования от Ричарда Фэйрбэнка, Стэнфорда и НАСА, а в дальнейшем - только с использованием средств, не связанных с НАСА. Окончательные научные результаты были представлены в .
В то время гироскопы из плавленого кварца , созданные для Gravity Probe B, были самыми почти идеальными сферами из когда-либо существовавших. созданы людьми. Гироскопы отличаются от идеальной сферы не более чем на 40 атомов толщины. Один изображен здесь преломляющим изображение Альберта Эйнштейна на заднем плане. 
Эксперимент Gravity Probe B включал четыре лондонских моментных гироскопа и эталон телескоп был замечен на HR8703 (также известном как IM Pegasi ), двойной звезде в созвездии Пегас. На полярной орбите, когда направления вращения гироскопа также указывают на HR8703, эффекты перетаскивания кадра и геодезические эффекты проявляются под прямым углом, причем каждый гироскоп измеряет оба направления.
Гироскопы были размещены в дьюаре из сверхтекучего гелия, поддерживающем температуру ниже 2 кельвина (-271 ° C ; -456 ° F ). Температура, близкая к абсолютному нулю, требовалась для минимизации молекулярных помех и для того, чтобы свинец и ниобиевый компоненты механизмов гироскопа стали сверхпроводящими.
На момент изготовления гироскопы были наиболее близкими к сферическим объектам из когда-либо созданных (два гироскопа до сих пор удерживают этот рекорд, но третье место заняли кремниевые сферы, сделанные в рамках проекта Авогадро ). Приблизительно размером шариков для пинг-понга, они были идеально круглыми с точностью до сорока атомов (менее 10 нм). Если бы одна из этих сфер была масштабирована до размеров Земли, самые высокие горы и самая глубокая океанская впадина имели бы высоту всего 2,4 м (8 футов). Сферы были изготовлены из плавленого кварца и покрыты чрезвычайно тонким слоем ниобия. Первоочередной задачей было свести к минимуму любое влияние на их вращение, чтобы гироскопы никогда не касались своего отсека. Их удерживали в подвешенном состоянии с помощью электрических полей, раскручивали с помощью потока газообразного гелия, а их оси вращения измеряли путем отслеживания магнитного поля сверхпроводящего слоя ниобия с помощью СКВИДов. (Вращающийся сверхпроводник создает магнитное поле, точно совпадающее с осью вращения; см. момент Лондона.)
И.М. Пегаси был выбран в качестве ведущей звезды по нескольким причинам. Во-первых, он должен быть достаточно ярким, чтобы его можно было использовать для наблюдений. Тогда это было близко к идеальным положениям около небесного экватора. Также важным было ее хорошо изученное движение в небе, чему способствовал тот факт, что эта звезда излучает относительно сильные радиосигналы. Готовясь к установке этой миссии, астрономы проанализировали измерения местоположения далеких квазаров с помощью радио, сделанные в течение нескольких лет, чтобы понять их движение настолько точно, насколько это необходимо.
Представление геодезического эффекта. Концептуальный план этой миссии был впервые предложен профессором MIT Джорджем Пью, который работал с США Министерство обороны в и позже обсуждалось Леонардом Шиффом (Стэнфорд ) в по предложению Пью, частично на основании теоретическая статья об обнаружении перетаскивания кадров, которую Шифф написал в . Он был предложен НАСА в , и они поддержали проект фондами в . Этот грант закончился в после долгого этапа инженерных исследований основных требований и инструментов для спутника.
В НАСА изменило планы по космическому шаттлу, что вынудило команду миссии перейти от проекта запуска на базе шаттла к проекту, основанному на Дельте. 2, а в также были отменены запланированные испытания прототипа в полете шаттла.
Gravity Probe B знаменует собой первый случай в истории, когда университет контролировал разработку и эксплуатацию космического спутника, финансируемого НАСА.
Общая стоимость этого проекта составила около 750 миллионов долларов.
Это список основных событий эксперимента GP-B.
было объявлено, что был получен ряд неожиданных сигналов и что их необходимо выделены до того, как будут опубликованы окончательные результаты. В было объявлено, что на оси вращения гироскопов влияет крутящий момент, изменяющийся во времени, что требует дальнейшего анализа, чтобы можно было исправить результаты с учетом этого источника ошибки. Следовательно, дата окончательного выпуска данных переносилась несколько раз. В данных для результатов перетаскивания кадра, представленных на встрече Американского физического общества , случайные ошибки были намного больше, чем теоретическое ожидаемое значение, и разбросаны как по положительной, так и по отрицательной сторонам нуля. результат, что вызывает скептицизм относительно того, можно ли в будущем извлечь какие-либо полезные данные для проверки этого эффекта.
В было выпущено подробное обновление, объясняющее причину проблемы и решение, над которым работали. Хотя ожидалось появление электростатических пятен, вызванных неоднородным покрытием сфер, и считалось, что они контролировались до эксперимента, впоследствии было обнаружено, что последний слой покрытия на сферах образовывал две половинки немного разных контактный потенциал, который придал сфере электростатическую ось. Это создало классический дипольный крутящий момент на каждом роторе, величина которого аналогична ожидаемому эффекту перетаскивания рамы. Кроме того, он рассеивал энергию от полодного движения , наводя токи в электродах корпуса, вызывая изменение движения со временем. Это означало, что простой средней по времени модели полхода было недостаточно, и для устранения этого эффекта требовалась детальная орбита за орбитальной моделью. Поскольку ожидалось, что «все может пойти не так», заключительной частью полета была калибровка, когда, помимо прочего, данные собирались с осью космического корабля, намеренно смещенной на , чтобы усугубить любую потенциальную опасность. проблемы. Эти данные оказались бесценными для выявления эффектов. С электростатическим крутящим моментом, смоделированным как функция смещения осей, и движением полоде, смоделированным на достаточно точном уровне, была надежда изолировать крутящие моменты относительности с первоначально ожидаемым разрешением.
Стэнфорд согласился опубликовать необработанные данные в неустановленную дату в будущем. Вероятно, что эти данные будут изучены независимыми учеными и независимо переданы общественности задолго до их окончательного обнародования учеными проекта. Поскольку будущая интерпретация данных учеными вне GP-B может отличаться от официальных результатов, для полного понимания всех данных, полученных GP-B, может потребоваться еще несколько лет.
Обзор, проведенный группой из 15 экспертов по заказу НАСА, рекомендовал не продлевать фазу анализа данных за пределы . Они предупредили, что необходимое снижение уровня шума (из-за классических крутящих моментов и перерывов в сборе данных из-за солнечных вспышек) «настолько велико, что любой эффект, в конечном итоге обнаруженный в этом эксперименте, должен будет преодолеть значительный (и, по нашему мнению, хорошо оправданный) скептицизм в научном сообществе ".
финансирование и спонсорство программы НАСА закончилось , но GP-B получила альтернативное финансирование от Город науки и технологий имени короля Абдулазиза в Саудовской Аравии, что позволило научной группе продолжить работу по крайней мере до . в Стэнфорде состоялось 18-е заседание внешнего научного консультативного комитета GP-B, на котором был представлен доклад о ходе работы. В последующем отчете SAC для НАСА говорится:
Прогресс, достигнутый на SAC-18, был поистине выдающимся, и мы благодарим команду GPB за это достижение. Это было героическое усилие, которое вывело эксперимент из состояния, которое казалось потенциальной неудачей, в положение, когда SAC теперь считает, что они получат достоверный тест на относительность, даже если точность не соответствует первоначальной цели.. По мнению председателя SAC, это спасение требует сравнения с миссией по исправлению дефектной оптики космического телескопа Хаббл, только здесь за мизерную часть стоимости.
— Отчет SAC № 18 в НАСАThe Stanford группа анализа и НАСА объявили , что данные GP-B действительно подтверждают два предсказания общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Результаты были опубликованы в журнале Physical Review Letters. Перспективы дальнейших экспериментальных измерений перетаскивания кадров после GP-B были прокомментированы в журнале Europhysics Letters.
Портал космических полетов  | На Викискладе есть материалы, связанные с Gravity Probe B. |
