Международный коллектив ученых представил наиболее точное на текущий момент экспериментальное подтверждение одного из основополагающих прогнозов общей теории относительности, разработанной Альбертом Эйнштейном. О результатах исследования сообщается в публикации, размещенной в журнале Nature.
Исследователи сосредоточились на изучении так называемого эффекта увлечения пространства-времени, также известного как эффект Лензе–Тирринга. Согласно общей теории относительности, массивные тела деформируют пространство-время, а вращающиеся объекты вызывают «увлечение» его за собой. Для нашей планеты этот эффект крайне незначителен, однако он может быть выявлен по небольшим изменениям в ориентации орбит искусственных спутников.
Как Земля «закручивает» пространство
Для наглядности можно провести аналогию: если поместить ложку в мед и начать ее вращать, мед вокруг нее также начнет медленно закручиваться. В соответствии с теорией Альберта Эйнштейна, подобным образом вращающаяся Земля воздействует на окружающее пространство-время. Естественно, «космического меда» вокруг нашей планеты не существует – изменяется сама геометрия пространства и времени, определяющая траектории движения планет, спутников и распространение света.
В результате этого плоскость орбиты спутника испытывает крайне медленное вращение. Для спутников LARES-2 и LAGEOS это вращение составляет приблизительно 30,7 миллисекунды дуги в год. Данный незначительный эффект долгое время был практически недоступен для экспериментальной проверки и считается одним из наиболее сложных для измерения предсказаний общей теории относительности.
Каким образом ученые зафиксировали крайне незначительный эффект?
Для проведения эксперимента исследователи применили спутник LARES-2, созданный с целью осуществления высокоточных гравитационных измерений. Анализ траектории его движения был сопоставлен с орбитой спутника LAGEOS, а также использовались данные миссий GRACE и GRACE Follow-On для максимально точного воспроизведения гравитационного поля Земли.
В период с июля 2022 года по июнь 2025 года исследователи проанализировали приблизительно 200 тысяч лазерных сканирований. Благодаря международной сети наземных станций, удалось измерить расстояние до спутников с погрешностью в пределах одного миллиметра, при этом аппараты располагаются на высоте около шести тысяч километров над поверхностью Земли. Достижение такой высокой точности стало ключевым фактором для фиксации крайне незначительного воздействия вращения планеты на траектории движения спутников.
Почему это открытие важно
Зарегистрированные показатели оказались практически идентичными расчетам, основанным на общей теории относительности. Относительная погрешность измерений составила всего 0,2%, что более чем в десять раз превосходит точность предыдущих экспериментов, направленных на выявление увлечения пространства-времени.
Авторы исследования подчеркивают значимость работы не только как очередное подтверждение теории Эйнштейна. Достигнутый уровень точности открывает возможность для более тщательной проверки альтернативных теорий гравитации, которые часто предсказывают иные характеристики поведения пространства-времени вблизи массивных вращающихся объектов. Новые данные значительно ограничили число потенциальных моделей такого рода.
