Гравитационную постоянную измерят зондом, отправленным за пределы Солнечной системы

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.