Fascination av tröghetsreferensramar

Draget av tröghetsreferensramar , eller Lense-Thirring-effekten , är ett fenomen i generell relativitetsteori (GR) som observeras nära roterande massiva kroppar. Effekten manifesteras i uppkomsten av ytterligare accelerationer som liknar Coriolis-accelerationen , det vill säga i slutändan krafterna som verkar på testkroppar som rör sig i ett gravitationsfält.

Lens-törtande effekt

Coriolisaccelerationen i Newtonsk mekanik beror endast på  - vinkelhastigheten för den icke-tröghetsreferensramen i förhållande till den tröga - och på den linjära hastigheten för testmassan i den icke-tröghetsreferensramen ; det är lika med

Josef Lense och Hans Thirring 1918 visade att Coriolis-accelerationen, med hänsyn till effekterna av allmän relativitet för ett avstånd från en roterande kropp med en massradie vid, har en ytterligare komponent [1] :

var

Geometrisk tolkning

Indragning av tröghetsreferensramar runt roterande svarta hål

Experimentell verifiering och observation av effekten inom astrofysik

Lense-Thirring-effekten observeras som en precession av omloppsplanet för en testmassa som kretsar runt en massiv roterande kropp, eller som en precession av gyroskopets rotationsaxel i närheten av en sådan kropp.

För första gången i världen mättes effekten av Ignazio Ciufolini ( italienska:  Ignazio Ciufolini ) från det italienska universitetet i Lecce och Erricos Pavlis från University of Maryland , Baltimore, USA. Deras resultat publicerades i oktober 2004 [2] . Chufolini och Pavlis utförde en datoranalys av flera miljoner avståndsmätningar som erhållits med hörnreflektorlaseravstånd på satelliterna LAGEOS och LAGEOS II ( LA ser GEO dynamics S atellite) som lanserades för att studera geodynamiken och förfina parametrarna för jordens gravitationsfält. Den detekterade genomsnittliga rotationen av satelliternas banor, orsakad av Lense-Thirring-effekten, är 47,9 mikrobågsekunder per år (mas/år), eller 99 % av det värde som förutspåtts av Einsteins teori ( 48,2 mas/år ), med ett uppskattat fel av ±10 %. Enligt vissa forskare kan den verkliga noggrannheten vara i storleksordningen 20-30 % [3] [4] [5] . J. Renzetti publicerade 2013 en översiktsartikel ägnad åt ett försök att mäta Lense-Thirring-effekten med hjälp av artificiella jordsatelliter [6] .

För att experimentellt bekräfta effekten, tillsammans med en annan, mer signifikant effekt av geodetisk precession , genomförde den amerikanska rymdorganisationen NASA satellitprogrammet Gravity Probe B. Rymdfarkosten GP-B har framgångsrikt slutfört sitt program i rymden. De första resultaten publicerades i april 2007 , men på grund av effekten av påverkan av den infrusna fördelningen av elektriska laddningar på gyroskopen på deras rotation, vilket avslöjades endast i omloppsbana, var databehandlingens noggrannhet otillräcklig för att isolera effekten (axelns rotation med 0,039 bågsekunder per år i planet för jordens ekvator ) . Redovisning av störande effekter gjorde det möjligt att isolera den förväntade signalen, de slutliga resultaten förväntades i december 2007, men analysen av uppgifterna varade till maj 2011. De slutliga resultaten av uppdraget tillkännagavs vid en presskonferens på NASA-TV den 4 maj 2011 och publicerades i Physical Review Letters [7] .

Resultatet av Gravity Probe B visade sig vara mindre exakt (även om designfelet borde ha varit cirka 1 %, ledde påverkan av den elektriska laddningen till en försämring av det relativa mätfelet för Lense-Thirring-effekten till ~20 %) , men bekräftade också GR:s förutsägelser. Det uppmätta värdet av den geodetiska precessionen och drageffekten var −6601,8 ± 18,3 mas /år respektive −37,2 ± 7,2 mas/år (jämför med de förutspådda teoretiska värdena −6606,1 mas/år och −39, 2mas/år ) .

Den 13 februari 2012 klockan 14:00 Moskva-tid sköt ESA framgångsrikt upp en Vega-raket med 9 olika satelliter ombord, en av dem var LARES- apparaten , vars huvuduppdrag är att testa Lense-Thirring-effekten. Det finns olika åsikter om den faktiska noggrannheten som kan uppnås i ett sådant uppdrag [3] [4] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] .

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Lense J., Thirring H. Uber den Einfluß der Eigenrotation der Zentralkorper auf die Bewegung der Planeten und Monde nach der Einsteinschen Gravitationstheorie  (German)  // Physikalische Zeitschrift . - 1918. - Bd. 19 . - S. 156-163 . - .
  2. ↑ Ciufolini I., Pavlis EC En bekräftelse på den generella relativistiska förutsägelsen av lins-törtande effekt   // Nature . - 2004. - Vol. 431 , iss. 7011 . - P. 958-960 . - doi : 10.1038/nature03007 . — .
  3. ↑ 1 2 Iorio L. En bedömning av den systematiska osäkerheten i nuvarande och framtida tester av linsens törnande effekt med satellitlaseravstånd  // Space Science Recensioner  . - Springer , 2009. - Vol. 148 . — S. 363 . - doi : 10.1007/s11214-008-9478-1 . - . - arXiv : 0809.1373 .
  4. ↑ 1 2 Iorio L., Lichtenegger HIM, Ruggiero ML, Corda C. Phenomenology of the Lense-Thirring effect in the solar system  //  Astrophysics and Space Science. - 2011. - Vol. 331 , nr. 2 . — S. 351 . - doi : 10.1007/s10509-010-0489-5 . - . - arXiv : 1009.3225 .
  5. ↑ Iorio L., Ruggiero ML, Corda C. Nya överväganden om felbudgeten för de LAGEOS-baserade testerna av ramdragning med GRACE geopotentialmodeller  // Acta Astronautica  . - 2013. - Vol. 91 , nr. 10-11 . — S. 141 . - doi : 10.1016/j.actaastro.2013.06.002 .
  6. ↑ Renzetti G. Historia om försöken att mäta orbital frame-dragging med artificiella satelliter  // Central European  Journal of Physics . - 2013. - Vol. 11 , nr. 5 . — S. 531 . - doi : 10.2478/s11534-013-0189-1 .
  7. ↑ Everitt CWF et al. Gravity Probe B : Slutresultat av ett rymdexperiment för att testa allmän relativitet  // Physical Review Letters  . - 2011. - Vol. 106 , utg. 22 . — S. 221101 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.106.221101 . - . - arXiv : 1105.3456 .
  8. ↑ Iorio L. Mot en 1% mätning av Lense-Thirring-effekten med LARES? (engelska)  // Advances in Space Research. — Elsevier , 2009. — Vol. 43 , nr. 7 . - P. 1148-1157 . - doi : 10.1016/j.asr.2008.10.016 . - . - arXiv : 0802.2031 .
  9. ↑ Iorio L. Kommer det nyligen godkända LARES-uppdraget att kunna mäta Lense–Thirring-effekten till 1 %? (engelska)  // Allmän relativitet och gravitation . - 2009. - Vol. 41 , nr. 8 . - P. 1717-1724 . - doi : 10.1007/s10714-008-0742-1 . - . - arXiv : 0803.3278 .  
  10. ↑ Iorio L. Nya försök att mäta den allmänna relativistiska linsens törnande effekt med naturliga och konstgjorda kroppar i solsystemet   // PoS ISFTG . - 2009. - Vol. 017 . - . - arXiv : 0905.0300 .
  11. ↑ Iorio L. Om påverkan av det atmosfäriska motståndet på LARES-uppdraget  // Acta Physica Polonica  B. - 2010. - Vol. 41 , nr. 4 . - s. 753-765 . Arkiverad från originalet den 1 mars 2012.
  12. ↑ Ciufolini I., Paolozzi A., Pavlis EC, Ries JC, Koenig R., Matzner RA, Sindoni G., Neumayer H. Gravitomagnetism och dess mätning med laseravstånd till LAGEOS-satelliterna och GRACE Earth Gravity Models // Allmän relativitet och John Archibald Wheeler - SpringerLink , 2010. - Vol. 367.-S. 371-434. — (Astrophysics and Space Science Library). - doi : 10.1007/978-90-481-3735-0_17 .  
  13. ↑ Paolozzi A., Ciufolini I., Vendittozzi C. Tekniska och vetenskapliga aspekter av LARES-satelliten  // Acta Astronautica  . - 2011. - Vol. 69 , nr. 3-4 . - S. 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. - Vol. 126 , nr. 8 . - S. 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. satelliter  (engelska)  // New Astronomy. - 2011. - Vol. 17 , nr. 3 . - s. 341-346 . - doi : 10.1016/j.newest.2011.08.003 . - .
  16. ↑ Renzetti G. Är jämna zonaler i högre grad verkligen skadliga för LARES/LAGEOS-frame-dragging-experimentet? (engelska)  // Canadian Journal of Physics. - 2012. - Vol. 90 , nej. 9 . - s. 883-888 . - doi : 10.1139/p2012-081 . — .

Länkar

Litteratur