» » » » » » Modele de testare a relativității generale cu sateliți LAGEOS

Modele de testare a relativității generale cu sateliți LAGEOS

Satelitul LAGEOS-1Există un mare interes în testarea consecințelor experimentale ale relativității generale, având în vedere numeroasele provocări ale teoriei. Teoriile alternative, concepute pentru a rezolva cel puțin parțial unele dintre aceste probleme, au consecințe testabile în condițiile slab dezvoltate și în condiții de încetinire a funcționării în sistemul solar și în special în jurul Pământului. Datorită avansurilor în tehnicile experimentale, aceste consecințe pot fi explorate în zilele noastre. În special, laserul până la sateliți geodezici în orbită în jurul Pământului oferă posibilitatea de a studia cu mare precizie mișcarea obiectelor care pot fi considerate aproximări foarte bune ale unei mase de testare. Mișcarea lor geodezică prezintă unele particularități față de cea newtoniană; în particular, unele dintre elementele kepleriene suferă o precesie, de asemenea datorită gravitomagnetismului (pământul rotativ fiind sursa).

Analiza dinamicii sateliților LAGEOS până la nivelul micilor efecte relativiste este posibilă nu numai prin datele exacte ale razei laser, ci și prin modelarea precisă a mișcării acestora (piese gravitaționale și nongravitaționale, cadre de referință și modele de măsurare).Rezultatele confirmă prezicerile generale relativiste (precesiunea Schwarzschild, efectul Lense-Thirring) și exclud o teorie alternativă (potențialul NLRI / Yukawa). Astfel de investigații au încă un mare potențial de îmbunătățire și sunt continuate pentru a restrânge în continuare spațiul posibilelor teorii.

Procedurile de determinare a orbitei prin satelit la un nivel comparabil cu calitatea datelor de urmărire necesită modele nu numai pentru dinamica sateliților, ci și pentru procedurile de măsurare și pentru transformările cadrelor de referință. Dinamica sateliților LAGEOS, văzută la nivelul permis de precizia datelor SLR, este destul de complexă. Mai multe efecte gravitaționale și nongravitaționale acționează.

Modelele incluse în GEODYN sunt dedicate pentru a descrie nu numai dinamica satelitului, ci și procedura de măsurare și transformările cadrului de referință. Aceste modele includ (i) geopotențialul (atât în abordarea ​​statică, cât și în cea dinamică), (ii) perturbațiile lunisolare și planetare, (iii) presiunea radiației solare și albedoul Pământului, (iv) efectele Rubin-cam și Yarkovsky-Schach (vi) coordonatele stațiilor SLR, (vii) încărcarea oceanelor, (viii) parametrii de orientare a pământului și (ix) procedura de măsurare. De obicei, modelele implementate în cod includ și corecțiile generale relativiste în așa-numitul formalism parametrizat post-newtonian (PPN). În analizele efectuate pentru a rezolva precesiunile seculare relativiste, astfel de corecții nu au fost incluse în configurare.

Perturbări gravitaționale

Abaterile câmpului gravitațional al Pământului de la masa punctuală, datorită distribuției neomogene a densității de masă în interiorul Pământului, sunt de departe cea mai importantă sursă de perturbații în orbitele sateliților LAGEOS. Se obișnuiește în geodezie și geofizică să se reprezinte potențialul gravitațional prin extinderea acestuia în armonice sferice (baza reală): numai din răspunsul total la potențialele externe, incertitudinile lor sunt un factor de 10 mai mare decât cele ale mareelor solide.

Efectul perturbațiilor unui al treilea corp a fost modelat, de asemenea, folosind bine-stabilitele efemeride ale Sistemului Solar JPL, DE-403.

Câmpul gravitațional al Pământului, văzut și într-un cadru „fixat pe pământ”, nu este static: variază în timp, datorită unei serii de fenomene, de la maree până la transportul în masă al sistemului Pământ / atmosferă la scări diferite. Deformările mareice ale Pământului – atît solide, cît și oceanice – și atmosfera lui sunt de interes primar pentru măsurători datorită variațiilor lor periodice combinate în atracția gravitațională a planetei asupra satelitului. În special, mareele solide reprezintă aproximativ 90% din răspunsul total la potențialul de perturbare mareic lunar și solar.

Perturbări non-gravitaționale

O parte importantă a dinamicii sateliților este reprezentată de efectele cauzate de forțele non-gravitaționale. Acestea, de diferite origini, sunt cauzate de interacțiunea corpului satelitului cu mediul înconjurător al radiației și al particulelor. Astfel de forțe sunt de obicei de suprafață și depind într-un mod complex de proprietățile fizice ale satelitului, precum și de atitudinea sa. Chiar și pentru sateliții foarte simpli, cum ar fi LAGEOS (forma sferică, foarte densă și pasivă), aceste efecte sunt relevante și, mai ales, foarte dificil de modelat.

Cea mai mare contribuție este dată de împingerea radiațiilor pe suprafața satelitului (presiunea radiațiilor), în special radiațiile vizibile direct de la Soare; de asemenea radiațiile vizibile reflectate de pe Pământ (albedo) și radiațiile infraroșii emise de suprafața Pământului sunt importante. Ele depind de modul în care această radiație este reflectată, difuzată și absorbită de suprafața satelitului și, prin urmare, de proprietățile optice ale acestei suprafețe.

Cel mai important efect nongravitational este presiunea directa a radiației solare.

Mai multe efecte perturbatoare subtile se datorează așa-numitelor forțe termice; acestea sunt cauzate de o distribuție neomogenă a temperaturii corpului (datorită inerției sale termice finite), rezultând o forță de împingere datorată radiației emise. În particular, forțele termice depind de vectorul de centrifugare prin satelit, oferind contribuții diferite pe orbită în funcție de orientarea și viteza de centrifugare. Avem un efect Yarkovsky-Schach sezoner, în cazul unui satelit care se rotește rapid, și un efect de tip Yarkovsky-Schach diurn, când aproximarea de rotație rapidă nu mai este valabilă.

Efectul Yarkovsky-Rubincam, sau efectul Pământ-Yarkovsky, este legat de radiația infraroșie emisă de suprafața Pământului.

Pentru a modela cât mai exact posibil efectele de împingere termică perturbativă și în special efectul Yarkovsky-Schach, o descriere detaliată a evoluției axei de rotație este crucială.

Accelerații empirice

O piesă de modelare care este adesea folosită în determinarea precisă a orbitei este dată de așa-numitele accelerații empirice. Acestea sunt termeni generali de accelerare adăugați la ecuațiile de mișcare și vizează modelarea unor mici efecte necunoscute, care ar putea fi relevante pentru dinamică. Această unealtă de modelare a orbitelor este utilă atunci când sunt necesar de înlăturat erori de orbită cu lungimi de undă lungi, inclusiv efecte seculare perturbatoare, precum și rezonanțe de lungă durată și perturbări nongravitaționale care nu sunt incluse în modelul dinamic al software-ului. Experiența arată că, deși acestea sunt utile pentru a îmbunătăți calitatea potrivită, ele pot influența cu ușurință estimarea altor cantități.

(Sursa: Emil T. Akhmedov, StephenMinter, Piero Nicolini, and Douglas Singleton, ”Experimental Tests of Quantum Gravity and Exotic Quantum Field Theory Effects”, in Advances in High Energy Physics, Volume 2014, Article ID 192712, http://dx.doi.org/10.1155/2014/192712 – Traducere Nicolae Sfetcu)

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *