Seria unikalnych eksperymentów i misji, stworzonych przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA) do przetestowania naszej wiedzy o grawitacji, pozwoli być może lepiej zrozumieć fizykę.

Uczeni badać będą zjawiska, które mogą nie potwierdzać naszej dotychczasowej wiedzy o grawitacji. Być może dzięki temu lepiej rozumieć będziemy Wszechświat.

Grawitacja jest jednym z czterech oddziaływań w przyrodzie. Kształtuje wygląd otaczającego nas Wszechświata, pozwala powstawać planetom, gwiazdom i galaktykom. Jednak im dłużej uczeni badają grawitację i jej wpływ na ciała niebieskie, tym więcej odkrywają tajemnic. Jedną z nich była tak zwana „anomalia Pioniera”, nazwana tak od amerykańskich sond Pionier 10 i 11, dla których efekt ten zaobserwowano. Okazało się, że są one spowolniane przez niezrouzumiałą siłę, Podobne zjawisko zaobserwowano dla sond Galileo i Ulysses.

Naukowcy od dawna wiedzą, że we Wszechświecie jest „za dużo” grawitacji. Obserwują efekt jej działania, lecz nie są w stanie zlokalizować jej źródeł. To tak zwany problem brakującej masy. Zakładając, że jedynie materia może oddziaływać grawitacyjnie, wysunięto przypuszczenie, że nadmiar tego oddziaływania emitowany jest przez tajemniczą ciemną materię. A jeśli to założenie jest błędne?

Niektóre teorie mówią, że grawitacja jest nieco silniejsza dla ciał bardzo odległych. Jeśli ten pomysł jest prawdziwy, ciemna materia nie jest potrzebna. Alternatywnym rozwiązaniem jest stwierdzenie, że anomalie są spowodowane istnieniem piątego rodzaju oddziaływania, bardzo słabego i widocznego jedynie w najodleglejszych częściach przestrzeni kosmicznej. Kosmos to doskonałe miejsce do testowania teorii. W stanie nieważkości uczeni mogą rejestrować bardzo słabe siły i mierzyć je z wielką dokładnością.

ESA skupiła się na testowaniu ogólnej teorii względności (OTW) Einsteina, najbardziej zaawansowanego opisu grawitacji jaki dotąd stworzono. Jednym z pierwszych celów jest wykrycie fal grawitacyjnych. Teoria względności przewiduje ich istnienie, lecz dotychczas pozostają one nieuchwytne. Fale te powinny poruszać się przez przestrzeń kosmiczną niby zmarszczki na wodzie. LISA, realizowana wspólnie przez ESA i NASA, będzie pierwszą misją kosmiczną, przed którą stanie zadanie wykrycie tych zmarszczek. Znalezienie ich będzie potwierdzeniem teorii Einsteina.

Drugim celem, realizowanym przez europejskie misje Gaia i BepiColombo, będzie precyzyjne zmierzenie w jaki sposób materia wykrzywia przestrzeń, czyli poszukiwanie odstępstw od wykrzywienia przewidywanego przez OTW. Zadaniem misji Microscope, realizowanej przez ESA i francuską agencję CNES, będzie sprawdzenie zasady równoważności. Mówi ona, że wszystkie ciała są przyspieszane przez grawitację w identyczny sposób, bez względu na ich skład chemiczny. Jeśli Microscope wykryje złamanie tej zasady, będzie to sygnał pojawienia się nowego wymiaru grawitacji – kwantowej grawitacji.

ESA

Planety Układu Słonecznego zakrzywiają przestrzeń. Budowana przez ESA misja Gaia będzie próbować mierzyć ten efekt, a tym samym weryfikować ogólną teorię względności. Obszary czerwone na rysunku odpowiadają największemu zakrzywieniu przestrzeni, niebieskie – najmniejszemu. Planety krążą wokół Słońca. Wraz z nimi przemieszczają się zakrzywione obszary.

Celem kwantowej grawitacji jest połączenie einsteinowskiej teorii względności z fizyką kwantową, najbardziej zaawansowaną teorią opisującą siły działające w przyrodzie. Dotychczas się to nie udało, grawitacja w skuteczny sposób przeciwstawia się kwantowaniu. Kwantowa grawitacja zakłada, że przestrzeń składa się z niewielkich „granulek”. W podobny sposób plaża zdaje się być gładka, gdy ogląda się ją z dużej odległości. W zbliżeniu widać, że składa się z ziarenek piasku. Hyper, misja projektowana obecnie przez NASA, spróbuje wykryć skwantowanie przestrzeni. W przyszłości europejska agencja planuje tez wystrzelenie misji, która sprawdzi bezpośrednio anomalię zaobserwowaną dla sond Pionier.

Seria misji wysłanych przez ESA pozwoli nam dogłębniej zrozumieć grawitację i Wszechświat, w którym ona działa:

LISA

Laser Interferometer Space Antenna (LISA) to wspólna misja NASA i ESA. Będzie składać się z trzech statków kosmicznych, które spróbują zaobserwować „zmarszczki” przestrzeni produkowane przez masywne czarne dziury. Zmarszczki, nazywane falami grawitacyjnymi, są przewidywane przez OTW. LISA po raz pierwszy spróbuje je obserwować z przestrzeni kosmicznej. Start zaplanowano na rok 2011.

Gaia

Gaia przeprowadzi spis miliarda gwiazd w naszej Galaktyce. Każda gwiazda będzie obserwowana 100 razy w ciągu pięciu lat. Rejestrowane będą zmiany położenia i jasności. Misję wyniesie w Kosmos rosyjska rakieta Sojuz-Fregat w latach 2010-2012. Oczekuje się, że Gaia odkryje setki tysięcy nowych ciał niebieskich takich jak pozasłoneczne planety i niedoszłe gwiazdy – brązowe karły. Będzie ona też obserwować tysiące planetoid znajdujących się w Układzie Słonecznym. W czasie badań Gaia będzie także w stanie zmierzyć dokładnie w jaki sposób masa zakrzywia przestrzeń i stwierdzić ewentualne odstępstwa od OTW.

Microscope

MICROsatellite a trainee Compensee pour l’Observation du Principe d’Equivalence będzie badał zasadę równoważności mówiącą, że przyspieszenie powodowane przez grawitację nie zależy od masy (bezwładnej) i chemicznej budowy ciała. Jeśli zasada okaże się być złamana, będzie to początek nowego oddziaływania lub nowego zjawiska. Microscope pozwolić nam więc może na poznanie bardziej kompletnej natury grawitacji. Start misji zaplanowano na rok 2005.

ESA

Artysytczna wizja orbiterów misji BepiColombo, które wejdą na orbitę wokół Merkurego.

BepiColombo

BepiColombo składać się będzie z trzech statków kosmicznych, które przeprowadzą kompleksowe badania Merkurego, najbliższej Słońcu planety. Technologie potrzebne dla misji są wciąż tworzone, a start sond zaplanowano na 2011 rok. Jeden ze składników BepiColombo będzie sporządzał mapę planety, drugi będzie badał jej pole magnetyczne, trzeci wyląduje na jej powierzchni i będzie ją badał. Dodatkowo sonda będzie sprawdzać w jaki sposób materia zakrzywia przestrzeń poszukując odstępstw od OTW.