EL INNOVADOR FINAL DE MICROSCOPE, el satélite para comprobar con gran precisión el Principio de Equivalencia de la Relatividad General

[AlbertR]

Según informa el Centre National d'Études Spatiales (CNES), al final de su misión, el satélite francés Microscope desplegará para su última maniobra un nuevo sistema de desorbitación. El primero de su tipo para evitar escombros a largo plazo en órbita.

 

Dos años y medio después de su lanzamiento en órbita baja polar en abril de 2016, el satélite Microscope está viviendo sus últimas horas. Diseñado para probar el principio de equivalencia con una precisión sin precedentes gracias a dos masas en caída libre, este satélite de CNES completó con éxito la recopilación de datos científicos en febrero de 2018. Desde un punto de vista científico, los equipos dedicados tienen hasta finales de 2019 para publicar sus resultados en base a todos los datos adquiridos. Ya sea que confirmen el principio de equivalencia o detecten una violación de este mismo principio, los resultados finales harán avanzar a los científicos en esta búsqueda.

Pero el satélite ha llegado al final de su vida útil. Está en muy buenas condiciones, pero ya no tiene gas frío para sus micro-hélices, que se utilizan para compensar la resistencia y mantener las masas en caída libre controlada. Ya no es posible adquirir nuevas medidas científicas, por lo que es hora de lidiar con la pasivación.

 

El satélite Microscope no tiene propulsores químicos capaces de proporcionar suficiente energía para desorbitarlo. Después de la secuencia de pasivación, que consiste en hacerlo lo más inactivo posible (no debe quedar ninguna fuente de energía neumática, química o eléctrica), Microscope será considerado como un residuo en órbita, alrededor de la Tierra a 710 km de altitud. Sin embargo, se trata de un pequeño satélite de sólo 330 kg, con poca superficie y, por lo tanto, poca interacción con las pocas partículas atmosféricas capaces de ralentizarlo a esta altitud: se necesitarían 73 años para que finalmente se quemara en la atmósfera de la Tierra.

 

Por eso, MICROSCOPE está equipado con IDEAS (Innovative DEorbiting Aerobrake System), que consiste en dos mástiles inflables de 4,5 m, cada uno de ellos con un "ala" flexible. La superficie de Microscope aumentará en 9 m², lo que generará mucha más fricción con las partículas atmosféricas y el frenado cambiará la órbita paulatinamente con el tiempo. En general, gracias a este sistema, se espera que el satélite se queme en la atmósfera después de unos 27 años. La pasivación se inició ayer 15 de octubre y la secuencia finalizará hoy 16 de octubre.

 

El sistema IDEAS se monitoreará desde el suelo con la ayuda de un potente radar terrestre, el primer paso será determinar si los dos mástiles se han extendido correctamente: plegado, el sistema mide solo 25 cm de largo, y sus alas están plegadas como un origami. La respuesta definitiva la tenderemos un mes después, cuando detectaremos si el satélite en realidad se está frenando por el sistema IDEAS.

 

Quien desee conocer los objetivos científicos y los primeros resultados publicados de la Misión MICROSCOPE, puede consultar MICROSCOPE: El satélite para comprobar con gran precisión el Principio de Equivalencia

 

Saludos.

Editado 16 de Octubre del 2018 por AlbertR

[sebastianc]

Creo que en radio skylab se había hablado si recuerdo el capítulo lo subo. Buen post amigo.

[fsr]

Ingenioso.

[AlbertR]

Las mejores medidas realizadas hasta ahora en la Tierra del cumplimiento de la igualdad entre masa inercial y masa pesante, (Principio de Equivalencia de la Relatividad General), tienen una precisión que indica que la diferencia es menor de una parte en 1E13

En 2016 se lanzó el satélite Microscope, (Micro-Satellite à traînée Compensée pour l’Observation du Principe d’Equivalence) con el objetivo de mejorar la precisión hasta 1E-15

 

En el espacio, es posible estudiar el movimiento relativo de dos cuerpos mediante la realización de una caída libre lo más perfecta posible, sin perturbaciones debidas a la Tierra (principalmente sísmicas), aprovechándose del movimiento de caída libre permanente de un satélite en órbita se pueden realizar medidas durante varios meses seguidos.

 

Para ello, dos cuerpos cilíndricos concéntricos de diferentes materiales - uno de titanio y otro con una aleación de rodio platino - han sido cuidadosamente controlados para conseguir que permanezcan estacionarios con relación al satélite mediante un doble acelerómetro electrostático diferencial. Si el principio de equivalencia se cumple, las dos masas necesitarán la misma aceleración de control. Si es necesario aplicar aceleraciones diferentes, se pondrá de relieve una violación del principio de equivalencia, lo que constituiría un acontecimiento mayor en los fundamentos de la Física. La vida operativa del satélite fue de 18 meses y finalizó en octubre de 2018.

 

En Octubre 2019, la Misión MICROSCOPE ha publicado sus resultados preliminares en la revista "Classical and Quantum Gravity" (En arxiv Space test of the Equivalence Principle: first results of the MICROSCOPE mission). Dice el abstract del estudio:

 

El Principio de Equivalencia Débil (WEP), que establece que dos cuerpos de diferentes composiciones y/o masa caen a la misma velocidad en un campo gravitacional (universalidad de la caída libre), es la base de la Relatividad General. La misión MICROSCOPE tiene como objetivo probar su validez con una precisión de , dos órdenes de magnitud mejor que las pruebas en tierra actuales, mediante el uso de dos masas de diferentes composiciones (aleaciones de titanio y platino) en una trayectoria cuasicircular alrededor de la Tierra. Esto se realiza midiendo las aceleraciones inferidas de las fuerzas requeridas para mantener las dos masas exactamente en la misma órbita. Cualquier diferencia significativa entre las aceleraciones medidas, que se produce a una frecuencia definida, correspondería a la detección de una violación de la WEP, o al descubrimiento de un nuevo tipo de fuerza minúscula añadida a la gravedad.

 

Los primeros resultados de MICROSCOPE no muestran indicios de tal diferencia, expresada en términos del parámetro de Eötvös δ para el par de materiales de titanio y de platino. Este resultado se obtuvo de un conjunto de 120 revoluciones orbitales que representan todavía solamente el 7% de los datos disponibles actuales adquiridos durante toda la misión. La combinación cuadrática de las incertidumbres de 1σ conducen a un límite actual en δ de aproximadamente 1.3E-14 lo cual ya es mejor que 1E-13 que había sido medido en la Tierra. Con el análisis al 100% de los datos se espera llegar holgadamente al 1E-15 previsto en el diseño del experimento.

 

Por lo tanto, el Principio de Equivalencia de la Relatividad General sigue fuerte por ahora.  Saludos.

 

Editado 20 de Noviembre del 2019 por AlbertR

[AlbertR]

PHYSICAL REVIEW LETTERS publicó ayer Misión MICROSCOPE. Resultados finales del test del Principio de Equivalencia (MICROSCOPE Mission: Final Results of the Test of the Equivalence Principle)

El comunicado de prensa relacionado con ello, publicado por el Centre National d'Etudes Spatiales (CENES) gestor de la misión, (Les résultats finaux de la mission MICROSCOPE atteignent une précision record) dice:

LOS RESULTADOS FINALES DE LA MISIÓN MICROSCOPE ALCANZAN UNA PRECISIÓN RÉCORD.

La misión MICROSCOPE entrega sus últimos resultados y confirma el principio de equivalencia con una precisión inigualable de 1E-15. Estos resultados demuestran que los cuerpos caen en el vacío con la misma aceleración sin importar su composición o su masa; el principio de equivalencia, por tanto, sigue siendo inquebrantable hasta el día de hoy, nada menos que una nueva victoria de la Relatividad General propuesta por Albert Einstein hace más de un siglo.

En 2017, los primeros resultados del satélite CNES MICROSCOPE, equipado con acelerómetros ONERA, mejoraron la precisión del ensayo del principio de equivalencia (o universalidad de caída libre) a un nivel que lo había situado como referente mundial. Gracias a los primeros datos disponibles, estos resultados fueron obtenidos por el laboratorio Géoazur (CNRS/OCA/UCA/IRD) y ONERA en cooperación con el CNES y en asociación con el grupo de trabajo científico (CNRS, IHES, Imperial College, Université of Bremen, DLR, Universidad de Delft, IGN). Cuatro miembros del equipo de MICROSCOPE ganaron el Premio Servant de la Academia de Ciencias en 2019. Desde 2017, se han acumulado 15 veces más mediciones hasta que el satélite fue desorbitado en octubre de 2018.

Sobre el principio de equivalencia

Según la teoría de Einstein, el universo está representado por un espacio-tiempo de cuatro dimensiones y la gravitación resulta de la curvatura del espacio-tiempo inducida por la materia. La Relatividad General había permitido así explicar la anomalía hasta entonces insoluble de la órbita de Mercurio, predecir fenómenos tan sorprendentes como lentes gravitacionales, agujeros negros u ondas gravitacionales. Sin embargo, queda una pregunta fundamental: ¿por qué la Relatividad General parece incompatible con la teoría cuántica de campos, que describe fielmente el mundo de las partículas y lo infinitamente pequeño? La búsqueda de una teoría universal que abarque la gravitación y la física cuántica es el santo grial de los físicos. La mayoría de las teorías candidatas predicen una violación del principio fundamental de la Relatividad General:

Poner a prueba el principio de equivalencia, equivale a poner a prueba el fundamento de todas las teorías de la gravitación y, más en general, de las teorías alternativas a la relatividad. A través de sus resultados, MICROSCOPE supera los límites al traer nuevas restricciones a estas nuevas teorías a un nivel de precisión tal, que seguramente será necesario esperar mucho tiempo para hacerlo mejor.

 

Saludos.

 

Editado 15 de Septiembre del 2022 por AlbertR

[Roberto W]

¡Gracias Albert!