중력 탐사선 A
Gravity Probe A_p17_GPA.gif) 중력 탐사선 A 실험도[1]: 17 | |
| 미션 타입 | 천체 물리학 |
|---|---|
| 교환입니다. | NASA |
| COSPAR ID | 그라비아A |
| 미션 기간 | 1시간 51m |
| 아포기 | 10,224 km (6,353 mi) |
| 우주선 속성 | |
| 우주선 | GP-A |
| 발사 질량 | 60 kg (130파운드) |
| 힘 | 22 W |
| 임무 개시 | |
| 발매일 | 1976년 6월 18일( |
| 로켓 | 스카우트[2] |
| 발사장소 | 월롭스 비행 시설[3] |
| 임무 종료 | |
| 처리. | 폐지되었다 |
| 비활성화됨 | 1976년 6월 17일( |
중력 탐사선 A(GP-A)는 아인슈타인 상대성 이론의 특징인 등가 원리를 실험하기 위한 우주 기반 실험이었다.그것은 스미스소니언 천체물리 관측소와 미국 항공우주국에 의해 공동으로 수행되었다.실험은 매우 정확한 주파수 기준인 수소 메서를 우주로 보내 더 약한 중력장에서 시간이 지나가는 속도를 고정밀로 측정했습니다.질량은 시공간에서 왜곡을 일으키며, 이는 길이 수축과 시간 팽창의 효과를 가져오며, 둘 다 아인슈타인의 일반 상대성 이론의 결과를 예측했다.시공간이 구부러지기 때문에 지구상의 관찰자는(낮은 중력 전위에 있는) 고도가 높은 관찰자보다 시간이 더 느리게 지나가는 속도를 측정해야 합니다.이 효과는 중력 시간 확장으로 알려져 있다.
그 실험은 아인슈타인의 일반 상대성 이론의 주요 결과인 등가 원리에 대한 시험이었다.등가원리는 균일한 중력장의 기준 프레임은 균일한 가속도 하에 있는 기준 프레임과 구별할 수 없다는 것을 말한다.또한 균등화 원리는 균일한 중력장 내에 있는 정지된 기준 프레임에도 균등하게 가속하는 기준 프레임에 존재하는 다른 시간 흐름의 현상이 존재할 것으로 예측한다.
이 탐사선은 1976년 6월 18일 버지니아 월롭스 섬에 있는 NASA 월롭스 비행 센터에서 발사되었다.탐사선은 스카우트 로켓을 통해 발사돼 1시간 55분 동안 우주에 머물면서 1만 km(6200 mi)의 고도에 도달했다.그것은 대서양으로 [4]튀어 내려 지구로 돌아왔다.
배경
중력 탐사선 A 실험의 목적은 등가 원리의 유효성을 테스트하는 것이었다.동등성 원리는 알버트 아인슈타인의 일반 상대성 이론의 핵심 요소이며, 물리 법칙이 균일한 중력장에 의해 작용되는 기준 프레임에서와 가속 기준 프레임에서 동일하다고 말합니다.
등가원칙
등가원리는 두 가지 시나리오에서 로켓선을 비교하는 것으로 이해할 수 있다.먼저, 지구 표면에 정지해 있는 로켓선을 상상해 보세요; 로켓선 안에 떨어진 물체들은 9.8m/s의2 가속도로 바닥을 향해 떨어질 것입니다.이제, 지구의 중력장을 벗어나 로켓의 추진력으로 인해 일정한 9.8m2/s의 속도로 가속하고 있는 먼 로켓선을 상상해 보세요; 제약이 없는 로켓선의 물체들은 9.8m/s의2 가속도로 바닥을 향해 움직일 것입니다.이 예는 균일하게 가속하는 기준 프레임을 중력 기준 프레임과 구별할 수 없는 한 가지 방법을 보여줍니다.
또한 등가원리는 관성효과에 의해 발생하는 현상도 중력효과에 의해 존재한다고 가정한다.가속하고 있는 로켓선을 가로로 비추는 광선을 생각해 보세요.로켓선 외부의 비가속 관찰자에 따르면, 로켓선의 바닥은 광선을 향해 가속된다.따라서 내부 관찰자에 따르면 광선은 수평 경로를 따라 이동하는 것이 아니라 바닥 쪽으로 휘어지는 것처럼 보인다.이것은 빛을 굴절시키는 관성 효과의 예입니다.등가 원리는 이 관성 현상이 중력 기준 프레임에서도 발생할 것이라고 말한다.실제로 중력렌즈 현상은 물질이 빛을 굴절시킬 수 있다는 것을 나타내며, 이 현상은 허블우주망원경과 다른 실험들에 의해 관찰되었다.
시간 연장
시간확장이란 시간이 경과하는 속도의 팽창 또는 수축을 말하며 중력 탐사선 A 실험의 대상이었다.아인슈타인의 일반상대성이론에 따르면 물질은 주변의 시공간을 왜곡시킨다.이 왜곡은 멀리 있는 관찰자가 경험하는 속도에 비해 거대한 물체 근처에서 시간이 더 느리게 흐르도록 합니다.슈바르츠실트 측정법은 구면 대칭 중력체를 둘러싸고 있으며, dt})의 계수가 더 작으며, 이는 시간 흐름 속도가 더 느리다는 것을 의미합니다.
계수가 더 작으며, 이는 시간 흐름 속도가 더 느리다는 것을 의미합니다. 아인슈타인의 특수 상대성 이론에는 시간 연장에 대한 비슷한 생각이 있습니다.이러한 시간 팽창은 평평한 시공간에서 균일하게 가속하는 입자에 부착된 린들러 좌표에 나타납니다.이러한 입자는 자신이 향하는 쪽에서 더 빠르게, 반대쪽에서 더 느리게 시간이 흐르는 것을 관찰할 것이다.이러한 명백한 시간 변화로부터, 아인슈타인은 속도의 변화가 입자에 대한 동시성의 상대성에 영향을 미친다고 추론했다.아인슈타인의 등가 원리는 가속 기준 프레임이 중력 작용으로 관성 기준 프레임과 국소적으로 구분할 수 없다고 말하면서 이 유추를 일반화한다.이와 같이 중력 탐사선 A는 중력에 의해 영향을 받는 지구 표면의 관성 기준 프레임(특수 상대성 이론)에 있는 관측치와 일치하는 등가 원리의 테스트였으며, 자유 낙하 기준과 관련하여 위쪽으로 가속되는 것으로 취급되는 동일한 프레임에 대한 특수 상대성 예측은 다음과 같습니다.관성적이고 무중력이어야 합니다.
실험 셋업
60kg의 중력 탐사선 A 우주선은 임무 내내 작동한 원자 수소 메서 시스템을 수용했다.Maser는 방사선의 자극 방출에 의한 마이크로파 증폭의 약자로 전자파 스펙트럼의 마이크로파 영역에서 일관된 전자파를 생성하기 때문에 레이저와 유사합니다.수소 메서는 매우 정확한 신호(초당 14억 2천만 사이클)를 생성하며, 1000조(10) 중15 한 부분에 대해 매우 안정적입니다.이는 1억년마다 [5]2초 미만으로 움직이는 시계와 맞먹는다.
이 탐사선은 중력 전위에 큰 변화를 일으키기 위해 거의 수직으로 발사되어 10,000 km (6,200 mi)의 높이에 도달했다.이 높이에서, 일반 상대성 이론은 시계가 지구의 한 부분보다 10분의10 4.5 파츠, 즉 73년마다 [6]1초씩 더 빨리 달릴 것이라고 예측했다.매저 진동은 시계의 틱을 나타내며, 표고 변화 시 매저의 주파수를 측정함으로써 중력 시간 팽창의 효과를 검출했다.
도플러 시프트
수소 메이저와 함께 마이크로파 중계기도 프로브에 포함되어 메이저 신호의 도플러 편이를 측정했습니다.도플러 이동은 소스가 해당 소스의 관찰자에 대해 상대적으로 이동할 때 발생하며 상대 운동의 방향과 크기에 해당하는 주파수의 이동을 초래합니다.이 메서의 신호는 지구상의 지상국에 대해 수직으로 발사되었기 때문에 도플러로 이동했다.
결과.
이 실험의 목적은 더 높은 중력 전위 속에서 시간이 지나가는 속도를 측정하는 것이었다. 그래서 이것을 테스트하기 위해 탐사선의 매머를 [citation needed]지구에 남아 있는 유사한 매머와 비교했다.두 개의 클럭 속도를 비교하기 전에, 도플러 시프트는 지구에 있는 관측자들과 탐사선의 움직임을 보정하기 위해 우주로 보내진 메서에 의해 측정된 클럭 속도에서 감산되었다.그런 다음 두 개의 클럭 레이트를 비교하고 두 개의 클럭 레이트가 어떻게 달라야 하는지에 대한 이론적 예측과 추가로 비교했습니다.매머의 안정성은 100초 측정의 경우 10분의14 1의 매머 비율의 변화를 측정할 수 있게 했다.
따라서 실험은 동등성 원리를 테스트할 수 있었다.중력탐사선 A는 중력 우물 깊숙한 곳에서는 시간의 흐름이 더 [7]느리고 관측된 효과가 예측된 효과와 일치해 약 70ppm의 정확도를 보인다는 예측을 확인했다.
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
- ^ Benjamin Crowell (2009). General Relativity (PDF). Fullerton/CA.
- ^ "NASA - NSSDCA - Spacecraft - Telemetry Details". nssdc.gsfc.nasa.gov. Retrieved 13 May 2020.
- ^ "NASA - NSSDCA - Spacecraft - Details". nssdc.gsfc.nasa.gov. Retrieved 13 May 2020.
- ^ "Fundamental Physics of Space - Technical Details - Gravity Probe A". Nasa JPL. May 2, 2009. Archived from the original on September 18, 2011. Retrieved May 5, 2013.
- ^ Milliner, Joyce B. (June 10, 1976). "Space Probe to Test Einstein's "Space-Time Warp" Theory". Archived from the original on May 15, 2013. Retrieved May 5, 2013.
- ^ Gilmore, C.P (December 1979). "After 63 years, why are they still testing Einstein?". Popular Science. Vol. 215. Bonnier Corporation. p. 12. ISSN 0161-7370. Retrieved 13 May 2020.
- ^ Than, Ker (May 5, 2011). "Einstein Theories Confirmed by NASA Gravity Probe". National Geographic Society. Retrieved May 5, 2013.
추가 정보
- R.F.C. Vessot; et al. (1980). "Test of Relativistic Gravitation with a Space-Borne Hydrogen Maser". Physical Review Letters. 45 (26): 2081–2084. Bibcode:1980PhRvL..45.2081V. doi:10.1103/PhysRevLett.45.2081.
- 중력 적색 편이 실험을 통한 국소 위치 불변성 검증
