Гравитационную постоянную измерят с помощью зонда

Гравитационная постоянная (G) определяет величину одного из четырех фундаментальных взаимодействий Вселенной. Ее значение измеряют мощными инструментами (атомными интерферометрами), однако любые лабораторные эксперименты проходят в гравитационном поле Земли, которое вносит большую неопределенность. В результате большинство основных физических констант установлено с куда большей точностью, чем G. А между тем ее значение важно для точных расчетов множества физических эффектов и явлений.

Более того, существуют гипотезы о том, что значение G не столь уж и постоянно, слегка меняясь в зависимости от времени, места и других параметров. И хотя эти идеи не находят широкой поддержки, их необходимо проверить, что требует исключительно точных измерений. Проделать это можно лишь за пределами Солнечной системы, где притяжение Солнца и планет достаточно мало и не будет вносить искажений в работу точных приборов.

Схему такого эксперимента предложила недавно международная группа ученых, в число которых вошел профессор Миссурийского университета Сергей Копейкин (интервью с ним можно прочесть в одном из недавних номеров Naked Science). Свои предложения физики описали в статье, опубликованной журналом Classical and Quantum Gravity.

Большой и тяжелый зонд для такого эксперимента не потребуется: авторы предлагают запустить свои инструменты в качестве попутной нагрузки с одной из планирующихся к отправке в дальний космос миссий. Оказавшись на достаточном удалении, в полет будет выпущено небольшое сферическое тело с сантиметровым отверстием, проходящим сквозь его центр. Предполагается, что в этом тоннеле, не касаясь его стен, то в одну, то в другую сторону будет двигаться небольшой объект-рефлектор.

Затем на «материнском» аппарате включится фемтосекундный лазер, который будет подсвечивать движущийся объект сверхкороткими импульсами излучения. Отраженные от рефлектора импульсы смогут улавливаться датчиками и дадут точные данные о периодичности его гармонических колебаний – эта величина зависит от G и позволит с огромной точностью рассчитать значение постоянной.

По расчетам авторов, такой космический эксперимент позволит установить величину G с неопределенностью на три порядка меньшей, чем она известна сегодня. Предел этой точности ставят уже куда более тонкие эффекты, нежели притяжение Земли: это и давление солнечного излучения, и приливные силы, действующие на объект, движущийся в гравитационном поле Солнца, и момент импульса, который сообщают объекту фотоны лазерных импульсов. Однако некоторые из них возможно компенсировать. Если, например, поместить сферическое тело в тень «материнского» аппарата, можно снизить давление солнечного излучения. Возможно, это позволит получить значение константы с еще большей точностью.