Fascination af inerti referencerammer

Træk af inertielle referencerammer , eller Lense-Thirring-effekten , er et fænomen i generel relativitetsteori (GR), der observeres nær roterende massive legemer. Effekten manifesteres i udseendet af yderligere accelerationer svarende til Coriolis-accelerationen , det vil sige i sidste ende de kræfter, der virker på testlegemer, der bevæger sig i et gravitationsfelt.

Lense-Thirring-effekt

Coriolis-accelerationen i Newtonsk mekanik afhænger kun af  - vinkelhastigheden af ​​den ikke-inertielle referenceramme i forhold til den inerti - og af den lineære hastighed af testmassen i den ikke-inertielle referenceramme ; det er lig med

Josef Lense og Hans Thirring i 1918 viste, at Coriolis-accelerationen, under hensyntagen til virkningerne af den generelle relativitetsteori for en afstand fra et roterende legeme med en masseradius ved, har en yderligere komponent [1] :

hvor

Geometrisk fortolkning

Entrainment af inertielle referencerammer omkring roterende sorte huller

Eksperimentel verifikation og observation af effekten i astrofysik

Lense-Thirring-effekten observeres som en præcession af kredsløbsplanet af en testmasse , der kredser omkring et massivt roterende legeme, eller som en præcession af gyroskopets rotationsakse i nærheden af ​​et sådant legeme.

For første gang i verden blev effekten målt af Ignazio Ciufolini ( italiensk:  Ignazio Ciufolini ) fra det italienske universitet i Lecce og Erricos Pavlis fra University of Maryland , Baltimore, USA. Deres resultater blev offentliggjort i oktober 2004 [2] . Chufolini og Pavlis udførte en computeranalyse af adskillige millioner rækkeviddemålinger opnået ved hjørnereflektorlaserafstand på LAGEOS og LAGEOS II ( LA ser GEO dynamics S atellite) satellitterne opsendt for at studere geodynamik og forfine parametrene for Jordens gravitationsfelt. Den detekterede gennemsnitlige rotation af satellitternes kredsløb, forårsaget af Lense-Thirring-effekten, er 47,9 mikrobuesekunder om året (mas/år), eller 99 % af værdien forudsagt af Einsteins teori ( 48,2 mas/år ), med en estimeret fejl på ±10 %. Ifølge nogle forskere kan den reelle nøjagtighed være i størrelsesordenen 20-30 % [3] [4] [5] . J. Renzetti publicerede i 2013 en oversigtsartikel om et forsøg på at måle Lense-Thirring-effekten ved hjælp af kunstige jordsatellitter [6] .

For eksperimentelt at bekræfte effekten, sammen med en anden, mere signifikant effekt af geodætisk præcession , udførte det amerikanske rumagentur NASA Gravity Probe B -satellitprogrammet . GP-B rumfartøjet har med succes afsluttet sit program i rummet. De første resultater blev offentliggjort i april 2007 , men på grund af virkningen af ​​den indfrosne fordeling af elektriske ladninger på gyroskoper på deres rotation, som kun blev afsløret i kredsløb, var nøjagtigheden af ​​databehandlingen utilstrækkelig til at isolere effekten (drejning af aksen med 0,039 buesekunder om året i planet for jordens ækvator ) . Regnskab for forstyrrende effekter gjorde det muligt at isolere det forventede signal, de endelige resultater forventedes i december 2007, men analysen af ​​dataene varede indtil maj 2011. De endelige resultater af missionen blev annonceret på en pressekonference på NASA-TV den 4. maj 2011 og offentliggjort i Physical Review Letters [7] .

Resultatet af Gravity Probe B viste sig at være mindre nøjagtigt (selvom designfejlen skulle have været ca. 1 %, førte påvirkningen af ​​den elektriske ladning til en forringelse af den relative målefejl af Lense-Thirring-effekten til ~20 %) , men bekræftede også forudsigelserne fra GR. Den målte værdi af den geodætiske præcession og trækeffekt var henholdsvis -6601,8 ± 18,3 mas /år og -37,2 ± 7,2 mas/år (sammenlign med de forudsagte teoretiske værdier -6606,1 mas/år og -39, 2m/år ) .

Den 13. februar 2012 kl. 14:00 Moskva-tid opsendte ESA med succes en Vega-raket med 9 forskellige satellitter om bord, en af ​​dem var LARES- apparatet , hvis hovedopgave er at teste Lense-Thirring-effekten. Der er forskellige meninger om den faktiske nøjagtighed, der kan opnås i en sådan mission [3] [4] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] .

Se også

Noter

  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 bekræftelse af den generelle relativistiske forudsigelse af Lense-Thirring-effekten   // Nature . - 2004. - Bd. 431 , udg. 7011 . - S. 958-960 . - doi : 10.1038/nature03007 . — .
  3. ↑ 1 2 Iorio L. En vurdering af den systematiske usikkerhed i nuværende og fremtidige tests af den linse-tørrende effekt med satellitlaserafstand  // Rumvidenskabelige anmeldelser  . - 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. - Bd. 331 , nr. 2 . — S. 351 . - doi : 10.1007/s10509-010-0489-5 . - . - arXiv : 1009.3225 .
  5. ↑ Iorio L., Ruggiero ML, Corda C. Nye overvejelser om fejlbudgettet for de LAGEOS-baserede tests af frame-dragging med GRACE geopotentiale modeller  // Acta Astronautica  . - 2013. - Bd. 91 , nr. 10-11 . — S. 141 . - doi : 10.1016/j.actaastro.2013.06.002 .
  6. ↑ Renzetti G. Historien om forsøgene på at måle orbital frame-dragging med kunstige satellitter  // Central European  Journal of Physics . - 2013. - Bd. 11 , nr. 5 . — S. 531 . - doi : 10.2478/s11534-013-0189-1 .
  7. ↑ Everitt CWF et al. Gravity Probe B : Slutresultater af et rumeksperiment for at teste generel relativitetsteori  // Physical Review Letters  . - 2011. - Bd. 106 , udg. 22 . — S. 221101 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.106.221101 . - . - arXiv : 1105.3456 .
  8. ↑ Iorio L. Mod en 1% måling af Lense-Thirring-effekten med LARES? (engelsk)  // Fremskridt inden for rumforskning. — Elsevier , 2009. — Vol. 43 , nr. 7 . - S. 1148-1157 . - doi : 10.1016/j.asr.2008.10.016 . - . - arXiv : 0802.2031 .
  9. ↑ Iorio L. Vil den nyligt godkendte LARES-mission være i stand til at måle Lense-Thirring-effekten til 1 %? (engelsk)  // Generel relativitet og gravitation . - 2009. - Bd. 41 , nr. 8 . - P. 1717-1724 . - doi : 10.1007/s10714-008-0742-1 . - . - arXiv : 0803.3278 .  
  10. ↑ Iorio L. Nylige forsøg på at måle den generelle relativistiske linse-tirrende effekt med naturlige og kunstige legemer i solsystemet   // PoS ISFTG . - 2009. - Bd. 017 . - . - arXiv : 0905.0300 .
  11. ↑ Iorio L. Om virkningen af ​​den atmosfæriske modstand på LARES-missionen  // Acta Physica Polonica  B. - 2010. - Bd. 41 , nr. 4 . - s. 753-765 . Arkiveret fra originalen den 1. marts 2012.
  12. ↑ Ciufolini I., Paolozzi A., Pavlis EC, Ries JC, Koenig R., Matzner RA, Sindoni G., Neumayer H. Gravitomagnetism and Its Measurement with Laser Ranging to the LAGEOS Satellites and GRACE Earth Gravity Models // Generel relativitets- og 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. Tekniske og videnskabelige aspekter af LARES satellit  // Acta Astronautica  . - 2011. - Bd. 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. - Bd. 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 Phenomenology of the Lense-Thirring effect in the Solar System: Measurement of frame-dragging with laser ranged satellitter  (engelsk)  // New Astronomy. - 2011. - Bd. 17 , nr. 3 . - s. 341-346 . - doi : 10.1016/j.newest.2011.08.003 . - .
  16. ↑ Renzetti G. Er selv zonaler i højere grad virkelig skadelige for LARES/LAGEOS-frame-dragging-eksperimentet? (engelsk)  // Canadian Journal of Physics. - 2012. - Bd. 90 , nr. 9 . - s. 883-888 . - doi : 10.1139/p2012-081 . — .

Links

Litteratur