Por Francis | 11 de mayo de 2011
Las misiones científicas de la NASA están gafadas. El satélite Gravity Probe B (GP-B) es un buen ejemplo. Ha costado 750 millones de dólares y se ha limitado a confirmar lo que ya se sabía y con un margen de error peor al logrado por experimentos anteriores. La misión fue ideada en 1959 y su primera fase, Gravity Probe A, lanzada en 1976, fue todo un éxito, aunque no logró medir el efecto buscado; pero la segunda fase ha sufrido los problemas de financiación de la NASA y tuvo que esperar a 2004 para su lanzamiento.
En 2007, tras la publicación de los primeros resultados preliminares, se supo que los resultados finales serían una decepción, no podían ser tan precisos como se pretendía. Las cartas estaban echadas y el artículo que se acaba de publicar en Physical Review Letters [1] confirma el efecto de De Sitter con un error del 0.3% y el efecto de Lense y Thirring con un error del 20%. El primer efecto ya había sido confirmado por la sonda Cassini de la NASA en 2003 con un error del 0.002% (150 veces mejor que GP-B) [2]. Shweta Krishnan en Sky & Telescope [3] nos recuerda que el segundo efecto ha sido confirmado por las medidas de la posición de la Luna en su órbita gracias a los retroreflectores instalados por la misión Apollo con un error del 0’15% (130 veces mejor que GP-B); sin embargo, la alta precisión de esta última medida ha sido puesto en duda por algunos científicos [4]. Aún así, los satélites LAGEOS y LAGEOS-2 también han medido dicho efecto con un error inferior al 10%. Por tanto, GP-B aporta poco a lo ya conocido.
El espacio ofrece una oportunidad única para medir los parámetros relativistas de la gravedad y estudiar las predicciones de la teoría de Einstein (como las ondas gravitatorias). Conocer estos parámetros con gran precisión es muy importante porque la gravedad es una teoría clásica y cualquier desviación, por pequeña que sea, puede ser una guía para el desarrollo de futura teoría cuántica de la gravedad.
La idea de medir los dos efectos objeto de la misión GP-B es de principios de la década de los 1920, pero la propuesta de su medida gracias a un giróscopo colocado en un satélite en una órbita polar alrededor de la Tierra es de los físicos George Pugh (1959) y Leonard Schiff (1960). El eje de giro del giróscopo sufre una desviación denominada precesión de Schiff que combina dos términos separados, el efecto de De Sitter o efecto geodésico (Geodetic Effect en la figura) y el efecto de Lense y Thirring o arrastre gravitatorio (Frame-dragging Effect en la figura). Ambos efectos son resultado del gravitomagnetismo.
En el electromagnetismo relativista los campos eléctrico y magnético se representan de forma unificada en un tensor (una matriz de 3×3 antisimétrica) en el que el campo eléctrico aparece en la diagonal de la matriz y el campo magnético en los elementos restantes (fuera de la diagonal). En la teoría general de la relatividad de Einstein la gravedad se representa con un tensor métrico (una matriz 4×4 simétrica) donde los efectos de la gravedad de Newton aparecen en las componentes diagonales del tensor; las componentes fuera de la diagonal representan relativistas no predichas por la teoría de Newton ni sus versiones postnewtonianas y se denominan efectos gravitomagnéticos, por analogía con el electromagnetismo.
La misión GP-B tenía por objeto medir la magnitud de los efectos gravitomagnéticos sobre un giróscopo en órbita cuyo eje se controla mediante un telescopio que apunta de forma permanente a la estrella IM Pegasi (HR 8703). En realidad son cuatro giróscopos que contienen las cuatro esferas pulidas más “redondas” fabricadas hasta hoy, las imperfecciones tienen un tamaño menor de 25 nm (Récord Mundial Guinness en 2010). Cada esfera tiene un radio de 38.2 mm (como una pelota de ping-pong) y pesa 63 gramos; las cuatro esferas giran a una velocidad angular diferente, en concreto, 79.4, 61.8, 82.1 y 64.9 Hz. Ya en la fase de pruebas en 2004 se descubrieron ciertas anomalías en el funcionamiento de los giróscopos (algunas asociadas a la incidencia de rayos cósmicos de origen solar) que limitaron la precisión de las medidas que se podría obtener en el experimento. Los resultados preliminares publicados en 2007 confirmaron el efecto negativo de estas anomalías, un error sistemático con el que los científicos de la misión han tenido que lidiar lo mejor que han podido.
Las medidas del efecto de De Sitter o efecto geodésico obtenidas por la sonda Cassini gracias al campo gravitorio del Sol, mucho más intenso que el terrestre, son mucho más precisas que las que se hubieran podido obtener, incluso en el mejor caso posible, con la misión GP-B. Sin embargo, las medidas del efecto de Lense-Thirring obtenidas utilizando la Luna y los retroreflectores allí instalados, así como las obtenidas con los satélites LAGEOS y LAGEOS-2, han sido criticadas por algunos expertos [4] que ponen en duda que se haya podido medir este efecto con un error inferior al 10% (se ha propuesto que LAGEOS-3 mejore dichas medidas). Sin los problemas que ha tenido la sonda GP-B en órbita se debería haber alcanzado una precisión inferior al 3% para el efecto de Lense-Thirring. Pero los resultados publicados en Physical Review Letters presentan un error (altísimo en mi opinión) del 20%. Por ello muchos expertos están reclamando una tercera fase de la misión, Gravity Probe C; en mi opinión las restricciones económicas de la NASA complicarán que acabe llevándose a cabo.
Quizás pienses que en Amazings.es somos muy críticos con los avances científicos de la NASA anunciados en ruedas de prensa a bombo y platillo, pero no es la intención de esta entrada criticar los resultados obtenidos por GP-B, sino ponerlos en un contexto adecuado.
[1] C. W. F. Everitt et al., “Gravity Probe B: Final results of a space experiment to test general relativity,” Physical Review Letters, Accepted, May 01, 2011.
[2] B. Bertotti et al., “A test of general relativity using radio links with the Cassini spacecraft,” Nature 425: 374-376, 2003.
[3] Shweta Krishnan, “Gravity Probe B: Relatively Important?,” Sky & Telescope, May 6, 2011.
[4] L. Iorio, “Will it be possible to measure intrinsic gravitomagnetism with Lunar Laser Ranging?,” International Journal of Modern Physics D 18: 1319-1326, 2009 [ArXiv preprint].
Tomado de amazings.es
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