Fascinación por los marcos de referencia inerciales

El arrastre de los marcos de referencia inerciales , o el efecto Lense-Thirring , es un fenómeno de la relatividad general (GR) que se observa cerca de cuerpos masivos en rotación. El efecto se manifiesta en la aparición de aceleraciones adicionales similares a la aceleración de Coriolis , es decir, al final, las fuerzas que actúan sobre cuerpos de prueba que se mueven en un campo gravitatorio.

Efecto Lense-Thirring

La aceleración de Coriolis en la mecánica newtoniana depende únicamente de  - la velocidad angular del marco de referencia no inercial con respecto al inercial - y de la velocidad lineal de la masa de prueba en el marco de referencia no inercial ; es igual a

Josef Lense y Hans Thirring en 1918 demostraron que la aceleración de Coriolis, teniendo en cuenta los efectos de la relatividad general para una distancia desde un cuerpo giratorio con un radio de masa en, tiene un componente adicional [1] :

dónde

Interpretación geométrica

Arrastre de marcos de referencia inerciales alrededor de agujeros negros giratorios

Verificación experimental y observación del efecto en astrofísica

El efecto Lense-Thirring se observa como una precesión del plano orbital de una masa de prueba que gira alrededor de un cuerpo giratorio masivo, o como una precesión del eje de rotación del giroscopio en la vecindad de dicho cuerpo.

Por primera vez en el mundo, el efecto fue medido por Ignazio Ciufolini ( italiano:  Ignazio Ciufolini ) de la Universidad Italiana de Lecce y Erricos Pavlis de la Universidad de Maryland , Baltimore, EE. UU. Sus resultados fueron publicados en octubre de 2004 [2] . Chufolini y Pavlis realizaron un análisis informático de varios millones de mediciones de rango obtenidas por láser de reflector de esquina en los satélites LAGEOS y LAGEOS II ( LA ser GEO dynamics S atellite) lanzados para estudiar la geodinámica y refinar los parámetros del campo gravitacional de la Tierra. La rotación media detectada de las órbitas de los satélites, provocada por el efecto Lense-Thirring, es de 47,9 microarcosegundos por año (mas/año), o el 99% del valor predicho por la teoría de Einstein ( 48,2 mas/año ), con un error estimado de ±10% . Según algunos investigadores, la precisión real puede ser del orden del 20-30 % [3] [4] [5] . J. Renzetti publicó en 2013 un artículo de revisión dedicado a un intento de medir el efecto Lense-Thirring utilizando satélites terrestres artificiales [6] .

Para confirmar experimentalmente el efecto, junto con otro efecto más significativo de la precesión geodésica , la agencia espacial estadounidense NASA llevó a cabo el programa satelital Gravity Probe B. La nave espacial GP-B ha completado con éxito su programa en el espacio. Los primeros resultados se publicaron en abril de 2007 , pero debido al efecto de la influencia de la distribución congelada de cargas eléctricas en los giroscopios sobre su rotación, que se reveló solo en órbita, la precisión del procesamiento de datos fue insuficiente para aislar el efecto. (rotación del eje en 0,039 segundos de arco por año en el plano del ecuador terrestre ). La contabilización de los efectos de interferencia permitió aislar la señal esperada, los resultados finales se esperaban para diciembre de 2007, pero el análisis de los datos duró hasta mayo de 2011. Los resultados finales de la misión se anunciaron en una conferencia de prensa en NASA-TV el 4 de mayo de 2011 y se publicaron en Physical Review Letters [7] .

El resultado de Gravity Probe B resultó ser menos preciso (aunque el error de diseño debería haber sido de alrededor del 1 %, la influencia de la carga eléctrica condujo a un deterioro en el error de medición relativo del efecto Lense-Thirring a ~20 %). , pero también confirmó las predicciones de GR. El valor medido de la precesión geodésica y el efecto de arrastre fue −6601,8 ± 18,3 mas /año y −37,2 ± 7,2 mas/año, respectivamente (comparar con los valores teóricos predichos −6606,1 mas/año y −39,2 mas/ año ) .

El 13 de febrero de 2012 a las 14:00 hora de Moscú , la ESA lanzó con éxito un cohete Vega con 9 satélites diferentes a bordo, uno de ellos era el aparato LARES , cuya misión principal es probar el efecto Lense-Thirring. Hay diferentes opiniones sobre la precisión real que se puede lograr en una misión de este tipo [3] [4] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] .

Véase también

Notas

  1. ↑ Lense J., Thirring H. Uber den Einfluß der Eigenrotation der Zentralkorper auf die Bewegung der Planeten und Monde nach der Einsteinschen Gravitationstheorie  (alemán)  // Physikalische Zeitschrift . - 1918. - Bd. 19 _ - S. 156-163 . - .
  2. ↑ Ciufolini I., Pavlis EC Una confirmación de la predicción relativista general del efecto Lense-Thirring   // Naturaleza . - 2004. - vol. 431 , edición. 7011 . - Pág. 958-960 . -doi : 10.1038/ naturaleza03007 . — .
  3. ↑ 1 2 Iorio L. Una evaluación de la incertidumbre sistemática en las pruebas presentes y futuras del efecto Lense-Thirring con rango láser satelital  // Space Science Reviews  . - Springer , 2009. - Vol. 148 . — Pág. 363 . -doi : 10.1007 / s11214-008-9478-1 . - . -arXiv : 0809.1373 . _
  4. ↑ 1 2 Iorio L., Lichtenegger HIM, Ruggiero ML, Corda C. Fenomenología del efecto Lense-Thirring en el sistema solar  //  Astrofísica y ciencia espacial. - 2011. - vol. 331 , núm. 2 . — Pág. 351 . -doi : 10.1007 / s10509-010-0489-5 . - . -arXiv : 1009.3225 . _
  5. ↑ Iorio L., Ruggiero ML, Corda C. Consideraciones novedosas sobre el presupuesto de error de las pruebas de arrastre de marco basadas en LAGEOS con modelos geopotenciales GRACE  // Acta Astronautica  . - 2013. - Vol. 91 , núm. 10-11 . — Pág. 141 . -doi : 10.1016/ j.actaastro.2013.06.002 .
  6. ↑ Renzetti G. Historia de los intentos de medir el arrastre de tramas orbitales con satélites artificiales  // Central European  Journal of Physics . - 2013. - Vol. 11 , núm. 5 . — Pág. 531 . -doi : 10.2478 / s11534-013-0189-1 .
  7. ↑ Everitt CWF et al. Sonda de gravedad B : resultados finales de un experimento espacial para probar la relatividad general  // Cartas de revisión física  . - 2011. - vol. 106 , edición. 22 . — Pág. 221101 . -doi : 10.1103 / PhysRevLett.106.221101 . - . -arXiv : 1105.3456 . _
  8. ↑ Iorio L. ¿Hacia una medición del 1% del efecto Lense-Thirring con LARES? (Español)  // Avances en la Investigación Espacial. — Elsevier , 2009. — Vol. 43 , núm. 7 . - P. 1148-1157 . -doi : 10.1016 / j.asr.2008.10.016 . - . -arXiv : 0802.2031 . _
  9. ↑ Iorio L. ¿La misión LARES recientemente aprobada podrá medir el efecto Lense-Thirring al 1%? (Inglés)  // Relatividad General y Gravitación . - 2009. - Vol. 41 , núm. 8 _ - Pág. 1717-1724 . -doi : 10.1007/ s10714-008-0742-1 . - . -arXiv : 0803.3278 . _  
  10. ↑ Iorio L. Intentos recientes para medir el efecto relativista general Lense-Thirring con cuerpos naturales y artificiales en el sistema solar   // PoS ISFTG . - 2009. - Vol. 017 . - . -arXiv : 0905.0300 . _
  11. ↑ Iorio L. Sobre el impacto del arrastre atmosférico en la misión LARES  // Acta Physica Polonica B  . - 2010. - Vol. 41 , núm. 4 . - Pág. 753-765 . Archivado desde el original el 1 de marzo de 2012.
  12. ↑ Ciufolini I., Paolozzi A., Pavlis EC, Ries JC, Koenig R., Matzner RA, Sindoni G., Neumayer H. Gravitomagnetism and Its Measurement with Laser Ranging to the LAGEOS Satellites and GRACE Earth Gravity Models // General Relativity and John Archibald Wheeler - SpringerLink , 2010. - Vol. 367.-Pág. 371-434. — (Biblioteca de Astrofísica y Ciencias del Espacio). -doi : 10.1007 / 978-90-481-3735-0_17 .  
  13. ↑ Paolozzi A., Ciufolini I., Vendittozzi C. Aspectos científicos y de  ingeniería del satélite LARES // Acta Astronautica  . - 2011. - vol. 69 , núm. 3-4 . - P. 127-134 . — ISSN 0094-5765 . -doi : 10.1016/ j.actaastro.2011.03.005 .
  14. ↑ Ciufolini I., Paolozzi A., Pavlis EC, Ries J., Koenig R., Sindoni G., Neumayer H. Pruebas de física gravitacional con rango de láser satelital  // European Physical Journal  Plus . - 2011. - vol. 126 , núm. 8 _ - Pág. 72 . -doi : 10.1140 / epjp/i2011-11072-2 . — .
  15. ↑ Ciufolini I., Pavlis EC, Paolozzi A., Ries J., Koenig R., Matzner R., Sindoni G., Neumayer KH Fenomenología del efecto Lense-Thirring en el Sistema Solar: medición del arrastre de fotogramas con láser a distancia satélites  (inglés)  // Nueva Astronomía. - 2011. - vol. 17 , núm. 3 . - P. 341-346 . -doi : 10.1016/ j.newast.2011.08.003 . - .
  16. ↑ Renzetti G. ¿Son realmente dañinos los grados superiores incluso zonales para el experimento de arrastre de fotogramas LARES/LAGEOS? (inglés)  // Revista canadiense de física. - 2012. - vol. 90 , núm. 9 _ - Pág. 883-888 . -doi : 10.1139/ p2012-081 . — .

Enlaces

Literatura