Предложен первый эксперимент в открытом космосе по проверке гравитационной константы

Группа астрономов из США и Германии предложила план первого эксперимента по измерению гравитационной постоянной в открытом космосе. Ученые предлагают запустить аппарат, который вне действия гравитации Земли и Солнца будет изучать гравитационное взаимодействие между двумя тестовыми грузами. Ожидаемая точность измерений, по словам авторов, позволит получить в тысячу раз более точное значение постоянной, чем доступно сейчас. Работа опубликована в журнале Classical and Quantum Gravity, кратко о ней сообщает Phys.org.

На борту аппарата предлагается разместить два тестовых груза — шар с цилиндрическим отверстием диаметром один сантиметр и другой шар, диаметром менее сантиметра. После выхода в открытый космос, где гравитация Земли, Солнца и других небесных тел пренебрежимо мала, ученые надеются выпустить из спутника сначала большее тело, а затем поместить в туннель внутри него меньший шар. Под действием сил гравитации возникнут колебания положения системы относительно общего центра тяжести. 

Эти колебания аппарат будет считывать с помощью фемтосекундных лазерных импульсов. На основе отражения этих импульсов зонд будет с высокой точностью определять период колебаний системы, который, в свою очередь, напрямую связан с гравитационной постоянной. Затем данные будут передаваться на Землю с помощью привычных каналов космической связи. Астрономы отмечают, что если миссия аппарата будет успешной, то погрешность в определенной им величине гравитационной постоянной не превысит 6,3×10^-8, в то время как сейчас точность ее измерения составляет 4,7×10⁻⁵. Это на несколько порядков больше, чем, например, погрешность определения константы Планка (1,2×10^-8) или заряда электрона (6,1×10^-9).

Первая из сложностей, стоящих перед проектом такого масштаба — доставка аппарата в открытый космос. Астрономы предполагают, что устройство может быть запущено в виде вторичной полезной нагрузки с какими-либо крупными миссиями. Однако уже достигнув открытого космоса потребуется нивелировать действие и других факторов на экспериментальную установку. Например, на поведение шаров будет влиять давление солнечного излучения и сами лазерные импульсы, с помощью которых будут проводиться измерения. По словам исследователей, каждое ускорение величиной больше, чем 10^-17 метров на секунду в квадрате должно быть учтено при интерпретации результатов. 

На сегодняшний день величина гравитационной постоянной известна ученым с очень низкой точностью по сравнению с другими константами. Во многом это связано с тем, что в околоземные и наземные измерения вмешивается собственная гравитация Земли. Существуют даже предположения о том, что эта величина не является постоянной и может изменяться в пространстве и времени. Согласно рекомендациям CODATA от 2014 года, значение гравитационной постоянной равно 6,674 08(31)×10⁻¹¹ метров в кубе, деленных на килограмм и секунду в квадрате.

Владимир Королёв