Получено самое точное подтверждение теории Эйнштейна: спутник без электроники измерил закручивание пространства-времени

Исследователи из Уханьского института физики и математики представили на страницах журнала Nature итоги рекордных по своей точности замеров эффекта увлечения инерциальных систем отсчёта. Физикам удалось задокументировать, как масса нашей планеты буквально «скручивает» пространственно-временной континуум. Итоговая погрешность составила всего 0,2%, что на порядок превосходит прежние показатели, где уровень неопределённости доходил до 10%.

Данное явление, также известное как «эффект Лензе-Тирринга» в честь авторов математической модели 1918 года, было предсказано Альбертом Эйнштейном в рамках общей теории относительности. Чем массивнее небесное тело и чем выше скорость его вращения, тем сильнее оно деформирует окружающее пространство. Возле сверхмассивных черных дыр этот процесс виден невооруженным глазом, однако вблизи относительно компактных объектов вроде Земли эффект крайне мал, что превращает его экспериментальную фиксацию в сложнейшую научно-техническую задачу.

Для регистрации столь незначительных гравитационных флуктуаций задействовали аппарат LARES-2 (Laser Relativity Satellite 2), сконструированный специалистами Итальянского космического ведомства. Конструктивно спутник представляет собой монолитный шар из никель-хромового сплава диаметром около 40 сантиметров и весом порядка 295 килограммов. На борту отсутствуют двигательные установки, солнечные батареи или сложная электроника — вся внешняя оболочка усеяна 303 уголковыми отражателями. Подобное компактное и тяжёлое исполнение обеспечивает минимальное соотношение площади поверхности к массе среди всех космических аппаратов на средних орбитах, минимизируя воздействие любых негравитационных помех на движение.

В период с июля 2022 по июнь 2025 года наземные комплексы направляли на спутник лазерные лучи, регистрируя отраженные сигналы. Учёным удалось сформировать базу из 200 000 сеансов наблюдений с миллиметровой точностью. Главной сложностью оставалась неоднородность земного притяжения: из-за центробежных сил планета сплюснута у полюсов, порождая мощные классические ньютоновские силы, которые полностью заглушают искомый релятивистский сигнал.

Чтобы нивелировать влияние обычной гравитации, исследователи сопоставили телеметрию LARES-2 с данными американского спутника LAGEOS, запущенного специалистами NASA ещё в 1976 году. Орбитальные плоскости обоих аппаратов разведены на 180,01°, что практически идеально совпадает с требуемыми 180° для взаимного математического гашения паразитных возмущений. Дополнительным препятствием служил лунно-солнечный прилив K1 — вариации гравитационного поля Земли под влиянием Луны и Солнца. Эту проблему преодолели с помощью фактора времени: мешающие колебания взаимно компенсируются на протяжении 1050-дневного прецессионного цикла, что позволило очистить массив данных при помощи фирменного ПО GEODYN, разработанного в Центре космических полетов имени Годдарда NASA.

После завершения фильтрации физики зафиксировали орбитальное смещение спутников на величину 61,3 миллисекунды дуги ежегодно, спровоцированное исключительно вращением нашей планеты. Полученный результат демонстрирует абсолютное соответствие прогнозам эйнштейновской теории.

Авторы исследования акцентируют внимание на том, что достигнутый успех не только блестяще подтверждает общую теорию относительности, но и накладывает жёсткие ограничения на альтернативные концепции — в частности, гравитацию Черна-Саймонса, которая пытается увязать теорию относительности с постулатами современной квантовой механики. Более того, в ходе работы удалось добыть беспрецедентно точные сведения о лунно-солнечном приливе K1, что послужит прочным фундаментом для будущих геофизических изысканий.

Источник: iXBT