В конце концов, спутник гравитационного зонда Б доказывает, что Эйнштейн прав.
Спустя пятьдесят лет после того, как он был задуман, космический корабль НАСА стоимостью 760 миллионов долларов подтвердил теорию гравитации, или общую относительность, о которой сегодня объявили физики Эйнштейна. С помощью гравитационного зонда B были проведены измерения, которые согласуются с теоретическими прогнозами в отношении двух эффектов общей относительности, в которых говорится, что гравитация возникает, когда масса изгибается в пространстве и времени. "Эйнштейн выживает", - сказал Фрэнсис Эверитт, физик из Стэнфордского университета в Пало-Альто, Калифорния, который доложил о результатах на пресс-конференции в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне, округ Колумбия.
Другие исследователи, однако, приветствовали результаты с тем, что составило вежливые аплодисменты. Гравитационный зонд B сильно отставал от точности, которую разработчики надеялись достичь при проведении ключевых измерений. Более того, проект был оценен 6 лет назад, когда два физика провели аналогичное измерение, используя данные со значительно более дешевых спутников.
После десятилетий развития гравитационного зонда B в течение 17 месяцев, начиная с 20 апреля 2004 года, вращался вокруг Земли от полюса к полюсу и использовал гироскопы для измерения двух аспектов общей относительности. Первый - "геодезический эффект" - возникает из-за того, что земная масса создает в пространстве-времени своеобразную ямочку, которая нарушает привычные правила геометрии. В результате окружность круга вокруг Земли должна быть чуть короче значения Евклида 2π, умноженного на радиус круга. Гравитационный зонд B измерял прогнозируемое уменьшение на его 40 000-километровой орбите на 2,8 сантиметра с точностью до 0,25%.
Спутник также подтвердил эффект перетаскивания кадра, при котором вращающаяся Земля искривляет окружающее пространство-время. Как будто вращающаяся Земля погружается в мед, объяснил Эверитт. "Когда она вращается, Земля тащит с собой мед", - сказал он. "Точно так же Земля тащит с собой пространство-время". Гравитационный зонд B подтвердил эффект перетаскивания кадра, который менее чем в 1/10 раз превышает геодезический эффект, с точностью до 19%.
Тем не менее, это далеко не то, на что надеялись исследователи. Для измерения этих двух эффектов гравитационный зонд B отслеживал движение четырех гироскопов, сравнивая их оси вращения с направлением к опорной звезде. На полярной орбите зонда геодезический эффект привел к тому, что оси гироскопа слегка наклонялись с севера на юг, в то время как рамка перетаскивала их с востока на запад. Эти гироскопы, вращающиеся со скоростью 5000 оборотов в минуту, были инженерными чудесами - почти идеальными кварцевыми сферами размером с шарики Пинг-Понга, покрытыми сверхпроводящим ниобием для создания магнитного поля вдоль их осей. С их помощью исследователи стремились измерить сопротивление рамы с точностью до 1%.
Но электростатические дефекты в гироскопах помешали этому плану. Механически, сферы были самыми круглыми объектами, когда-либо производившимися, объяснил Эверитт. Если бы один из них был взорван до размеров Земли, то самый большой холм на нем был бы высотой 3 метра. Однако из-за зарядов ниобия гироскопы стали гораздо менее круглыми с электрической точки зрения; на карте земного размера с изображением пейзажа напряжения сферы можно было бы увидеть вершины высотой до Эвереста. Взаимодействие между этими недостатками и недостатками в корпусе гироскопа создало крошечные буксиры, и чтобы достичь окончательной точности, исследователи потратили 5 лет на то, чтобы разобраться, как их исправить.
Некоторые другие ученые не уверены, насколько они доверяют исправлениям. Пять лет назад, отмечает Чиуфолини, исследователи гравитационного зонда B сообщили, что неопределенности более чем в 10 раз больше. Исправление таких больших "систематических ошибок" - дело непростое, говорит он: "Я не принимаю во внимание деталей, но мне видится довольно сложным освободиться от больше чем 90% регулярных ошибок".
Предыдущие измерения также затухают новые результаты. В 2004 году Чифуолини и Эррикос Павлис из Университета Мэриленда, округ Балтимор, измеряли перетягивание кадра, отслеживая орбиты спутников LAGEOS и LAGEOS II, простые рефлекторы, запущенные в 1976 и 1992 годах и используемые в основном для наблюдения за движением земной поверхности.
В конце концов, полная ценность гравитационного зонда Б выходит за рамки результатов эксперимента, сказал Эверитт в интервью журналу Science. "Почему оно того стоило?" - говорит он. "Просто элемент вызова в нем, элемент изобретения в нем".