Ledwie wykrywalne zmiany prędkości oddalającej się od Ziemi sondy dadzą być może naukowcom szansę na dokonanie pierwszej bezpośredniej detekcji fal grawitacyjnych.

Pomiary rozpoczną się 26 listopada i potrwają 40 dni. Zostanie do nich użyta zmierzająca do Saturna sonda Cassini oraz nowoczesny sprzęt zainstalowany w centrum kontroli lotu na Ziemi – należącym do NASA Deep Space Network. “Próbowaliśmy już z innymi sondami lecz teraz mamy do dyspozycji układy pomiarowe, które dadzą nam dziesięciokrotnie większą dokładność pomiaru” – powiedział astronom John Armstrong z JPL w NASA – “Jesteśmy w stanie zmierzyć prędkość Cassiniego względem Ziemi z bardzo dużą dokładnością”.

Prędkość ta będzie się zmieniać w ciągu 40-dniowego okresu badań lecz przez cały ten okres będzie można ją porównać z prędkością odpowiadającą pokonaniu odcinka Szczecin – Kraków w ciągu dwóch i pół minuty. Dokładność pomiaru tej prędkości odpowiada zmianie tego czasu o ułamek sekundy.

Fale grawitacyjne są “zmarszczkami” rozchodzącymi się w czasie i przestrzeni. Są produkowane przez przyspieszanie ciał posiadających masę, takich jak czarne dziury i gwiazdy supernowe. Ich istnienie, przewidywane przez ogólną teorię względności Einsteina, zostało w pośredni sposób potwierdzone w latach siedemdziesiątych.

“Fale grawitacyjne mogą dać nam jeszcze jedno okno na świat. Podobne okna otworzyła nam w XVII wieku luneta Galileusza i radioteleskopy w latach czterdziestych XX wieku” – powiedział Randy Herrera z JPL. Możliwość wykrywania fal grawitacyjnych mogłaby nam dać możliwość badania czarnych dziur i innych masywnych obiektów.

Cassini jest w tej chwili w raczej spokojnej części swojej misji. 11 miesięcy temu minął Jowisza, za 30 miesięcy dotrze do Saturna. Uczeni chcą wykorzystać ten czas aby za pomocą transmisji radiowej z Cassiniego zmierzyć “zmarszczenie” przestrzeni między nami, a sondą. Transmisja radiowa ujawni zmiany prędkości dzięki efektowi Dopplera (temu samemu, który w przypadku fal dźwiękowych podnosi częstotliwość gwizdu zbliżającej się lokomotywy). Jeśli fale grawitacyjne określonej długości przechodzą przez Układ Słoneczny, będą ściskać i rozciągać przestrzeń co w rytmiczny sposób zaburzać będzie odległość Ziemia – Cassini.

Kierownikami projektu są dr Bruno Bertotti z Uniwersytetu w Padwie i dr Luciano Iess z Uniwersytetu w Rzymie. We Włoskiej Agencji Kosmicznej wykonano sprzęt, który zainstalowany na pokładzie Cassiniego pozwoli przeprowadzić eksperyment. Użyta zostanie wyższa częstotliwość niż była wykorzystana w poprzednich tego typu eksperymentach z sondami Galileo, Mars Observer, Ulysses i Mars Global Surveyor. Pozwoli to zmniejszyć zakłócenia wywoływane przez wiatr słoneczny.

Antena komunikacyjna w Deep Space Network w Goldstone została zaopatrzona w sprzęt, który umożliwi wysyłanie i odbieranie sygnału z ogromną dopplerowską dokładnością. W przygotowywaniu eksperymentu uwzględniono nawet wpływ ziemskiej atmosfery.

Eksperyment będzie prowadzony w kilku stacjach nasłuchowych (Goldstone, Madryt, Canberra). Pozwoli to prowadzić obserwacje przez 24 godziny na dobę oraz usunąć z pomiarów ewentualne błędy instrumentalne.

Analiza danych zebranych przez 40 dni pomiarowych potrwa kilka miesięcy. Eksperyment zostanie powtórzony również w 2002 i 2003 roku. Pozwoli to na ewentualny pomiar fal grawitacyjnych dochodzących z różnych stron Wszechświata.

Cassini, wystrzelony w 1997 roku, będzie od 1 lipca 2004 roku krążył wokół Saturna badając planetę i jej księżyce. Misja jest wynikiem współpracy NASA, ESA i Włoskiej Agencji Kosmicznej,

Autor

Michał Matraszek