|
Звездолеты помогут в поисках новых физических явлений
|
|
|
|
Это захватывающее время для астрономии, астрофизики и космологии. Благодаря передовым обсерваториям, приборам и новым методам ученые приближаются к экспериментальной проверке теорий, которые по большей части остаются непроверенными. Эти теории отвечают на некоторые из самых насущных вопросов ученых о Вселенной и управляющих ею физических законах, таких как природа гравитации, темной материи и темной энергии. На протяжении десятилетий ученые предполагали, что либо здесь действует дополнительная физика, либо наша преобладающая космологическая модель нуждается в пересмотре. В то время как исследование существования и природы темной материи и темной энергии продолжается, предпринимаются также попытки разрешить эти загадки с помощью возможного существования новой физики. В статье команда исследователей НАСА предложила, как космические аппараты могли бы искать доказательства дополнительных физических явлений в наших солнечных системах. По их мнению, в этом поиске мог бы помочь космический аппарат, летящий по тетраэдрической траектории и использующий интерферометры. Такая миссия могла бы помочь разрешить космологическую загадку, которая ускользала от ученых более полувека.
|
|
|
|
Это предложение является результатом работы Славы Г. Турышева, адъюнкт-профессора физики и астрономии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) и научного сотрудника Лаборатории реактивного движения НАСА. К нему присоединились Шен-Вей Чиоу, физик-экспериментатор из Лаборатории реактивного движения НАСА, и Нан Ю, адъюнкт-профессор университета Южной Каролины и старший научный сотрудник Лаборатории реактивного движения НАСА. Их исследовательская работа появилась в Интернете и была принята к публикации в журнале Physical Review D. Турышев имеет опыт работы в научной команде миссии GRAIL, занимающейся восстановлением силы тяжести и внутренней лабораторией (GRAIL). В предыдущей работе Турышев и его коллеги исследовали, как миссия к солнечной гравитационной линзе Солнца (SGL) может произвести революцию в астрономии. В предыдущем исследовании он и астроном SETI Клаудио Макконе также рассматривали, как развитые цивилизации могли бы использовать SGLS для передачи энергии из одной солнечной системы в другую.
|
|
|
Подводя итог, можно сказать, что гравитационное линзирование - это явление, при котором гравитационные поля изменяют кривизну пространства-времени вблизи них. Этот эффект был первоначально предсказан Эйнштейном в 1916 году и был использован Артуром Эддингтоном в 1919 году для подтверждения его общей теории относительности (ОТО). Однако в период с 1960-х по 1990-е годы наблюдения за кривыми вращения галактик и расширением Вселенной привели к появлению новых теорий, касающихся природы гравитации в более крупных космических масштабах. С одной стороны, ученые постулировали существование темной материи и темной энергии, чтобы согласовать свои наблюдения с ОТО. С другой стороны, ученые выдвинули альтернативные теории гравитации (такие как модифицированная ньютоновская динамика (MOND), модифицированная гравитация (MOG) и т.д.). В то же время другие предположили, что в космосе могут существовать дополнительные физические явления, о которых мы пока не знаем.
|
|
|
|
Как сообщил Турышев в интервью Universe Today по электронной почте, "Мы стремимся исследовать вопросы, связанные с тайнами темной энергии и темной материи. Несмотря на то, что они были открыты в прошлом веке, их первопричины остаются неясными. Если эти "аномалии" проистекают из новых физических явлений, которые еще предстоит наблюдать в наземных лабораториях или на ускорителях элементарных частиц, возможно, что эта новая сила может проявиться в масштабах Солнечной системы". В своем последнем исследовании Турышев и его коллеги исследовали, как серия космических аппаратов, летящих в тетраэдрической форме, может исследовать гравитационное поле Солнца. По словам Турышева, эти исследования будут направлены на поиск отклонений от предсказаний общей теории относительности в масштабе Солнечной системы, что до сих пор было невозможно.
|
|
|
|
"Предполагается, что эти отклонения проявляются как ненулевые элементы в тензоре градиента силы тяжести (GGT), что в корне сродни решению уравнения Пуассона. Из—за их незначительной природы обнаружение этих отклонений требует точности, намного превосходящей современные возможности - по крайней мере, на пять порядков. При таком высоком уровне точности многочисленные хорошо известные эффекты будут создавать значительный шум. Стратегия предполагает проведение дифференциальных измерений, чтобы свести на нет влияние известных факторов, тем самым выявляя незначительный, но ненулевой вклад в GGT". По словам Турышева, в ходе миссии будут использоваться местные методы измерений, основанные на серии интерферометров. Это включает в себя интерферометрическую лазерную локацию, методику, продемонстрированную в ходе последующего эксперимента по восстановлению силы тяжести и климата (GRACE-FO), - двух космических аппаратов, которые используют лазерную дальномерку для отслеживания океанов, ледников, рек и поверхностных вод Земли. Тот же метод будет также использоваться для исследования гравитационных волн с помощью предлагаемой космической лазерной интерферометрической космической антенны (LISA).
|
|
|
|
Космический аппарат также будет оснащен атомными интерферометрами, которые используют волновой характер атомов для измерения разницы в фазе между волнами атомной материи, проходящими по разным траекториям. Этот метод позволит космическому аппарату обнаруживать наличие негравитационных помех (активность двигателя, давление солнечной радиации, силы тепловой отдачи и т.д.) и устранять их в необходимой степени. В то же время полет в тетраэдрической форме оптимизирует способность космического аппарата сравнивать результаты измерений. "Лазерная локация позволит нам получать высокоточные данные о расстояниях и относительных скоростях между космическими аппаратами", - сказал Турышев. "Кроме того, его исключительная точность позволит нам измерить вращение тетраэдра относительно инерциальной системы отсчета (с помощью наблюдаемых объектов Саньяка), что является задачей, недостижимой никакими другими способами. Следовательно, это позволит создать тетраэдрическую формацию, использующую набор локальных измерений".
|
|
|
|
В конечном счете, эта миссия позволит протестировать GR в минимальных масштабах, чего до сих пор катастрофически не хватало. Хотя ученые продолжают изучать влияние гравитационных полей на пространство-время, они в основном ограничиваются использованием галактик и скоплений галактик в качестве линз. Другие примеры включают наблюдения компактных объектов (таких как звезды— белые карлики) и сверхмассивных черных дыр (SMBH), таких как Стрелец А*, который находится в центре Млечного Пути. "Мы стремимся повысить точность тестирования ОТО и альтернативных теорий гравитации более чем на пять порядков. Помимо этой основной цели, у нашей миссии есть дополнительные научные задачи, о которых мы подробно расскажем в нашей следующей статье. Они включают в себя проверку ОТО и других гравитационных теорий, обнаружение гравитационных волн в микрогерцовом диапазоне - спектре, недоступном существующим или предполагаемым приборам, — и изучение различных аспектов Солнечной системы, таких как гипотетическая планета 9, среди прочего".
|
|
|
|
Источник
|
