Андрей Морозов
Космический зонд Gravity Probe B «пощупал» искривленное пространство.
Источник: фото с сайта carlgoogman.com
Почти три года тому назад с космодрома на базе ВВС США Ванденберг в Калифорнии был запущен в космос зонд Gravity Probe B. Один из самых сложных спутников весом 3175 кг был выведен на околоземную орбиту высотой 640 км. Задача, поставленная перед зондом, – проверить правильность положений общей теории относительности Альберта Эйнштейна (ОТО, 1915 год) об искривлении пространства-времени в поле тяготения массивных тел.
Идея создания космического прибора, который сможет экспериментально подтвердить ОТО, родилась еще в 1959 году. Но тогда в космосе было не до этого. Только три года назад NASA удалось выкроить «лишних» 700 млн. долл. на то, чтобы удостовериться окончательно: подвергается искривлениям под воздействием массивных астрономических объектов континуум пространства-времени или нет┘
И вот недавно обнародованы первые результаты работы зонда. Gravity Probe B с точностью до одного процента подтвердил верность утверждения Эйнштейна о том, что такие объекты, как Земля, искажают структуру пространства-времени. Результат, несомненно, важный. Но это только половина дела, вернее – одна треть.
«Основная задача спутника – обнаружить так называемый эффект Лензе–Тирринга и эффект геодезической прецессии, – рассказывает доктор физико-математических наук, профессор, ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института им. П.К.Штернберга МГУ Михаил Сажин. – Наличие этих эффектов связано с тем, что вокруг вращающейся планеты возникает вихревое гравитационное поле».
Как пояснил в беседе с корреспондентом «НГ» Михаил Сажин, гравитационное поле в общей теории относительности делится на несколько компонент. Первая – аналог гравитационного поля Ньютона, так называемая скалярная компонента метрического поля. Силовые линии этого поля – прямые, которые начинаются на планете и уходят в бесконечность. Вторая компонента гравитационного поля – это вихревое поле; она называется векторной компонентой. Силовые линии вихревого поля образуют круги, подобно линиям магнитного поля. Существует еще одна компонента, которая является аналогом фотонов. Эта компонента называется гравитационными волнами.
«По абсолютной величине самая большая – потенциальная (скалярная) компонента поля, остальные две меньше первой на много порядков, – подчеркивает профессор Сажин. – Таким образом, трудно было обнаружить даже векторную компоненту гравитационного поля. Для измерения свойств вихревой компоненты гравитационного поля и был разработан и запущен спутник Gravity Probe B».
Проверять наличие или отсутствие вихрей гравитационного поля будут с помощью четырех гироскопов, установленных на зонде. Сердце этих гироскопов – четыре сферы, которые охлаждены почти до абсолютного нуля и помещены в крупнейшую вакуумную емкость, когда-либо выводившуюся на земную орбиту.
Гироскопы эти в некотором роде тоже произведение инженерного искусства. Это сферы из плавленого кварца размером с шарик для пинг-понга, вращающиеся вокруг собственной оси со скоростью 10 тыс. оборотов в минуту! Форма этих сфер почти идеальна: отклонение от сферичности не превышает 40 атомных слоев!
Проверка ОТО заключается в измерении отклонения осей этих гироскопов под действием гравитационного поля Земли. Причем точность измерения должна быть буквально микронной: эффект, обусловленный вращением Земли вокруг собственной оси, составляет, по расчетам, не более 41 угловой миллисекунды. Для абсолютной чистоты эксперимента шары ограждены от любых помех – на борту спутника установлена самая совершенная звукоизоляция, аналогов которой в мировой технике также до сих пор не существовало.
Здесь надо упомянуть, что спутник разрабатывался несколько десятков лет, с финансированием также были проблемы. «Этот эксперимент несколько запоздал, – считает Михаил Сажин. – Вихревое гравитационное поле было обнаружено при измерении некоторых характеристик двойного пульсара. Конечно, астрономические методы измерений отличаются от физических методов тем, что их нельзя проводить непосредственно. Невозможно поменять условия или параметры эксперимента и убедиться в правоте доказательства при других параметрах. В этом слабость астрономического наблюдения».
В этом смысле спутник Gravity Probe B дал очень ценную информацию о том, что в лабораторном эксперименте обнаружена вихревая компонента гравитационного поля. То есть уже получено более надежное, лабораторное, если можно так сказать, подтверждение теории.
«Существует еще один аспект этого эксперимента – военно-прикладные исследования, проводимые параллельно фундаментальным исследованиям, – подчеркивает профессор Михаил Сажин. – Примерно 10 лет назад было осознано, что эксперименты с высокоточными гироскопами имеют важное прикладное значение. После этого появилось существенное финансирование спутника Gravity Probe B, что и привело к успешному завершению эксперимента сейчас».
Впрочем, Фрэнсис Эверитт, профессор Стэнфордского университета, отмечает, что ученым из Американского физического общества потребуется еще как минимум восемь месяцев для точного расчета эффекта гравитационного «вихря».
