WikiDer > Schwerkraftsonde B

Schwerkraftsonde B ist ein Schwerkraftmesser, mit dem das Schwerefeld der Erde sehr genau gemessen werden kann, um die Relativitätstheorie, durch Einstein 1916 postuliert, um an der Realität getestet zu werden. Der Buchstabe B im Namen bedeutet, dass es der zweite ist Sonde mit denen solche Messungen gemacht wurden (siehe Schwerkraftsonde A).

Dazu vier kryogenGyroskope verwendet in a Satellit die in 642 km Höhe eine polare Umlaufbahn um die Erde kreist. Diese Gyroskope messen zwei Abweichungen:

1. Es geodätischer Effekt (Nord-Süd-Abweichung): der Grad, zu dem die Erde de Freizeit deformiert.
2. Die Verzerrung der Raumkoordinaten (dt.: Rahmen ziehen) aufgrund der Erdrotation (die Erde zieht bei ihrer Rotation den Raum mit).

Dies geschieht durch die Präzessionsbewegung (Winkelvariation) der Kreiselachsen über einen Zeitraum von einem Jahr und vergleichen Sie diese Winkel mit Einsteins Theorie.

Schwerkraftsonde B bestätigt Einsteins Theorie

Das Experiment

Das Experiment verwendet die genauesten Gyroskope der Welt. Tatsächlich sagte Einstein voraus, dass der geodätische Effekt 6,6 Bogensekunden (0,0018 Grad) pro Jahr und das Ziehen des Frames würde 0,041 Bogensekunden (0,00011 Grad) in der Ebene der Erdrotation betragen. Diese Effekte wurden nie direkt gemessen.

Die Mission wird geleitet von NASAMarshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama. Die Idee kommt von der Universität in Stanford in Kalifornien, der auch die Entwicklung des eigentlichen Messgeräts übernimmt. Die Universität wird auch die Mission leiten und die Daten anschließend analysieren. Lockheed Martin Bau des Satelliten in Palo Alto, Kalifornien.

Das Teleskop

Die Einrichtung ist recht einfach. Die Gyroskope sind fest mit dem Teleskop. Während der Mission wird das Teleskop immer auf denselben Stern -IM Pegasi- ausgerichtet. Zu Beginn der Mission werden die vier Gyroskopachsen auf diesen Stern ausgerichtet. Durch ein supraleitend Lesesystem TINTENFISCH (Supraleitendes Quanteninterferenzgerät) können sehr kleine Abweichungen in der Orientierung der Achsen gemessen werden. Änderungen in der Richtung der Achsen sind eine direkte Folge des geodätischen und/oder rahmenziehenden Effekts der Allgemeinen Relativitätstheorie.

Die Gyroskope

Jeder der vier Kreisel muss seit seiner Markteinführung im Jahr 2004 rund eine Milliarde Umdrehungen gemacht haben. Sie sind perfekt kugelförmig, sodass sie jeglichen mechanischen oder elektrischen Einfluss ausschließen. Sie können Winkel kleiner als 0,5 Millibogensekunden (1,4×10⁻⁷ Grad). Dieser Winkel entspricht der Dicke eines menschlichen Haares aus einer Entfernung von 32 km.

Nach den Gesetzen der Newtonisch Physik wird die Achse einer perfekten Kugel sein, unveränderlich. Dies bedeutet, dass die Gyroskope, sobald sie mit dem Leitstern ausgerichtet sind, für immer auf diesen Stern gerichtet bleiben. Bereits 1960 hat Dr. Leonard Schiff, Direktor des Physik-Departments an der Stanford University, dass ein perfektes Gyroskop den geodätischen und Frame-Dragging-Effekt messen könnte.

Initialisierung der Gyroskope

Die Gyroskope werden einzeln bis 4200 U/min gestartet. Sie drehen sich zu zweit in entgegengesetzte Richtungen. Die Inbetriebnahme erfolgt durch hochreines Heliumgas mit Schallgeschwindigkeit über dem Rotor für mehrere Stunden. Anschließend wird das Helium entfernt, so dass höchstens noch wenige Heliumatome vorhanden sind, um die Verlangsamung der Drehzahl zu minimieren. Der Zeitraum, in dem die Geschwindigkeit auf 37 % der Anfangsgeschwindigkeit gesunken ist, beträgt mehr als 10.000 Jahre. Die Entfernung erfolgt mittels eines Kollektors, der die Heliumatome als dünnen Film auf seiner Oberfläche hält. Dies funktioniert, solange die Temperatur unter 5 Kelvin bleibt. Dies ist ein weiterer Grund, warum kryogene Temperaturen verwendet werden. Der Kollektor besteht aus gesintertTitan. Dadurch kann man Vakuum erzeugen, das hundertmal besser ist als das Vakuum in der Höhe des Satelliten.

Technologie

Alle Hauptkomponenten (die vier Gyroskope, das Teleskop und der Block, auf dem alles montiert ist) bestehen aus Quarz. Quarz ist über einen weiten Temperaturbereich sehr stabil. Vertreibung und Schrumpfung sind sehr gering und gleichmäßig. Die Firma Speedring Inc. in Cullman, Alabama, lieferte diese Teile und Gehäuse für die Gyroskope.

Kryosonde

Das Teleskop hat eine Membran von 14 cm und bleibt während des gesamten Experiments auf das Zentrum von IM Pegasi (HR 8703) fokussiert. Somit hat man für dieses relativistische Experiment einen festen Bezugsrahmen. Immerhin gelten die Sterne in einigen hundert Lichtjahren als feststehend, oder man kennt bereits ihre genaue Anzahl Eigenbewegung von.

Die Techniker des Marshall Centers entwickelten hochmoderne Geräte, um die Rotoren der Gyroskope zu polieren. Stanford-Ingenieure entwickelten die Dünnschichttechnologie, um die Rotoren von a supraleitend niedrig Niob bereitstellen. Die Rotoren sind wahrscheinlich die rundsten Objekte, die je hergestellt wurden. Würde man einen Rotor auf die Größe der Erde vergrößern, wäre der höchste Berg oder die tiefste Schlucht nur 2,4 Meter groß.

Die Messgeräte sind in einer 2,7 Meter langen Kryosonde untergebracht. Die Sonde selbst ist ebenfalls in eine supraleitende Bleifolie eingewickelt. Diese Folie schirmt die Instrumente vom Erdmagnetfeld ab. Sonde und Bleifolie sind wiederum in einem dewar dass 2.440 Liter super flüssigHelium enthält. Die kryogene Temperatur von 1,8Kelvin wird benötigt, um das Niob der Rotoren supraleitend zu machen. Die Richtung der Drehachse wird durch die magnetisches Moment von einem sich drehenden Supraleiter erzeugt.^[1]

Das suprafluide Helium im Dewar dient der Kühlung der kryogenen Umgebung sowie der Positionierung und Rotation des Satelliten. Durch ausgeklügelte Ventile wird über acht Mikrojet-Triebwerkspaare eine sehr kleine Menge Helium ins All geblasen, um die Position präzise zu steuern. Dies geschieht durch „Abkochen“ des Heliums. Die 400 Drähte und Schläuche, die die Sonde und das in das Teleskop einfallende Licht verbinden, erzeugen etwas Wärme. Diese Wärme reicht aus, um das Helium zu kochen (Siedepunkt: 4,2 Kelvin) und damit die Wärme abzuführen. Einer der vier Gyroskope bildet den Schwerpunkt des Satelliten. Die Ausrichtung des Satelliten erfolgt um dieses Gyroskop herum, so dass es in freier Fall ist in.

Starten

Gravity Probe B wurde von der Air Force Base gestartet Luftwaffenstützpunkt Vandenberg in Kalifornien von a BoeingDelta IIRaketenschiff am 20. April 2004 um 9:57:24 Uhr Ortszeit.

Ergebnisse

Nach 31 Jahren Forschung und Entwicklung, 10 Jahren Missionsvorbereitung, der 1,5-jährigen Mission selbst und fünf Jahren Datenanalyse ist das GP-B-Team zu den endgültigen Ergebnissen für den Test von Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie gelangt. 1916 postuliert. Die Messungen begannen am 28. August 2004 und endeten am 14. August 2005. Der gewichtete Durchschnitt der vier Gyroskope ergibt für die geodätische Abweichung −6601,8 ± 18,3 mbs/yr (Millibogensekunden pro Jahr) und für den Rahmenwiderstand −37,2±7,2 MB/Jahr. Die vom AR vorhergesagten Werte sind –6606.1 mbs/yr bzw. –39,2 mbs/yr. Eine Millibogensekunde ist 4,848×10⁻⁹ Bogenmaß oder 2.778×10⁻⁷ Grad.