وجد فريق دولي من ناسا وباحثين جامعيين أول دليل مباشر على أن الأرض تجر المكان والزمان حول نفسها أثناء دورانها.
يعتقد الباحثون أنهم قاموا بقياس التأثير ، الذي تنبأ به لأول مرة في عام 1918 باستخدام نظرية النسبية العامة لأينشتاين ، من خلال مراقبة التحولات بدقة في مداري ساتلين يدوران حول الأرض. لاحظ الباحثون مدارات القمر الصناعي ليزر جيوديناميكي 1 (LAGEOS I) ، ومركبة فضائية تابعة لناسا ، و LAGEOS II ، وهي مركبة فضائية مشتركة بين ناسا ووكالة الفضاء الإيطالية (ASI).
البحث ، الذي ورد في مجلة Nature ، هو أول قياس دقيق للتأثير الغريب الذي يتنبأ بأن كتلة دوارة ستسحب الفضاء حوله. يُعرف تأثير Lense-Thirring أيضًا باسم سحب الإطار.
وقاد الفريق الدكتور إجنازيو سيوفوليني من جامعة ليتشي ، إيطاليا ، والدكتور إريكوس سي بافليس من المركز المشترك لتكنولوجيا أنظمة الأرض ، وهو تعاون بحثي بين مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لوكالة ناسا ، وغرين بيلت ، ماريلاند ، و جامعة مقاطعة ماريلاند بالتيمور.
قال بافليس: "تتنبأ النسبية العامة بأن الأجسام الدوارة الضخمة يجب أن تسحب الزمكان حولها أثناء دورانها". "سحب الإطار يشبه ما يحدث إذا تدور كرة البولينج في سائل سميك مثل دبس السكر. عندما تدور الكرة ، تسحب دبس السكر حولها. أي شيء عالق في الدبس سوف يتحرك أيضًا حول الكرة. وبالمثل ، عندما تدور الأرض ، فإنها تسحب الزمكان في محيطها حول نفسها. سيؤدي هذا إلى تغيير مدارات الأقمار الصناعية بالقرب من الأرض ". الدراسة هي متابعة لعمل سابق في عام 1998 حيث أبلغ فريق المؤلفين عن أول كشف مباشر للتأثير.
كان القياس السابق أقل دقة بكثير من العمل الحالي ، بسبب عدم الدقة في نموذج الجاذبية المتاح في ذلك الوقت. سمحت البيانات من مهمة GRACE لوكالة ناسا بتحسين كبير في دقة النماذج الجديدة ، مما جعل هذه النتيجة الجديدة ممكنة.
وقال بافليس "وجدنا طائرة مداري LAGEOS I و II تتغير حوالي ستة أقدام (مترين) في السنة في اتجاه دوران الأرض". "يتوافق قياسنا بنسبة 99 بالمائة مع ما تتوقعه النسبية العامة ، والذي يقع ضمن هامش الخطأ البالغ 5٪ أو زائد. حتى إذا كانت أخطاء نموذج الجاذبية معطلة مرتين أو ثلاثة أضعاف القيم المقتبسة رسميًا ، فإن قياسنا لا يزال دقيقًا حتى 10 بالمائة أو أفضل. " القياسات المستقبلية بواسطة Gravity Probe B ، وهي مركبة فضائية تابعة لوكالة ناسا أطلقت في عام 2004 ، يجب أن تقلل هامش الخطأ هذا إلى أقل من واحد بالمائة. هذا يعد بإخبار الباحثين أكثر بكثير عن الفيزياء المعنية.
لاحظ فريق Ciufolini ، باستخدام أقمار LAGEOS ، تأثير Lense-Thirring سابقًا. وقد لوحظ مؤخرًا حول أجسام سماوية بعيدة ذات مجالات جاذبية مكثفة ، مثل الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية. البحث الجديد حول الأرض هو أول قياس مباشر ودقيق لهذه الظاهرة على مستوى 5 إلى 10 بالمائة. حلل الفريق فترة 11 عامًا من بيانات مدى الليزر من سواتل LAGEOS من 1993 إلى 2003 ، باستخدام طريقة ابتكرها Ciufolini قبل عقد من الزمان.
تتطلب القياسات استخدام نموذج دقيق للغاية لمجال الجاذبية الأرضية ، يسمى EIGEN-GRACE02S ، والذي لم يكن متاحًا إلا مؤخرًا فقط ، بناءً على تحليل بيانات GRACE. تم تطوير النموذج في GeoForschungs Zentrum Potsdam ، ألمانيا ، من قبل مجموعة من الباحثين الرئيسيين في مهمة GRACE مع مركز أبحاث الفضاء بجامعة تكساس في أوستن.
تم إطلاق LAGEOS II في عام 1992 وسلفها LAGEOS I الذي تم إطلاقه في عام 1976 ، وهما سواتل سلبية مخصصة حصريًا لمدى الليزر. تتضمن العملية إرسال نبضات ليزر إلى القمر الصناعي من محطات تحديد المدى على الأرض ثم تسجيل وقت السفر ذهابًا وإيابًا. وبالنظر إلى القيمة المعروفة لسرعة الضوء ، فإن هذا القياس يمكّن العلماء من تحديد المسافات بين محطات تحديد مدى الليزر على الأرض والقمر الصناعي بدقة.
طورت وكالة ناسا وجامعة ستانفورد ، بالو ألتو ، كاليفورنيا مسبار الجاذبية ب.ستتحقق بدقة من التغييرات الطفيفة في اتجاه دوران أربعة جيروسكوبات موجودة في قمر صناعي أرضي تدور حول 400 ميل مباشرة فوق القطبين. ستختبر التجربة نظريتين تتعلقان بنظرية النسبية العامة لأينشتاين ، بما في ذلك تأثير Lense-Thirring. هذه التأثيرات ، على الرغم من صغر حجمها بالنسبة للأرض ، لها آثار بعيدة المدى على طبيعة المادة وهيكل الكون.
المصدر الأصلي: بيان صحفي لوكالة ناسا
