Неудачный запуск двух спутников глобального позиционирования 4 года назад оказался настоящим подарком для физиков. Ученые использовали космические аппараты 5 и 6 системы Галилео для более точного измерения гравитационного замедления времени.
Гравитационное замедление времени (гравитационное красное смещение) – ключевое предсказание общей теории относительности, которое Альберт Эйнштейн опубликовал 100 лет назад. Гравитационные поля замедляют течение времени. Чем ближе часы к массивному объекту, тем медленнее будут двигаться стрелки для внешнего наблюдателя.
Замедление времени также происходит из-за движения, как и предсказывает специальная теория относительности Эйнштейна 1905 года. Чем быстрее вы двигаетесь, тем медленнее тикают часы (для постороннего наблюдателя). Замедление времени – не только теоретическое явление. Спутники должны были использовать его для предоставления точных показаний пользователям на Земле.
Исследователям удалось измерить явление в полевых условиях. Самый известный случай зафиксировали в 1976 году с помощью эксперимента Gravity Probe-A. Тогда на высоту 10000 км отправили атомные часы, после чего сравнили данные с показаниями на Земле. Результаты подтвердили прогнозы общей теории относительности с точностью до 0.007%.
Измерения Gravity Probe-A считались золотым стандартом в течение 40 лет, пока не появились спутники Галилео 5 и 6. Пару запустили в 2014 году на ракете Союз, чтобы присоединиться к европейской спутниковой навигационной сети. Но все пошло не по плану. Суть в том, что ракета вывела спутники на неправильные орбиты (слишком эллиптические для навигации). Оба спутника поднимаются и падают на 8500 км по орбите дважды в день.
Подобное поведение не годится для навигационной работы и члены команды все еще пытаются понять, как вернуть спутники в созвездие. Но эта ситуация идеально подходит для изменения замедления времени, тем более, что на Галилео 5 и 6 есть собственные атомные часы, которые останутся стабильными в течение 3 млн. лет.
Новые измерения позволили повысить точность определения гравитационного замедления времени в 5 раз по сравнению с показателями Gravity Probe-A. Радует, что теория подтверждается практическими наблюдениями.
Экстраординарные результаты стали возможными благодаря уникальным характеристикам спутников Галилео. Стоит поблагодарить за стабильность их бортовых атомных часов, точности на орбите, а также наличие лазерных рефлекторов, обеспечивающих рабочие характеристики независимых и точных измерений орбиты с Земли.