Une équipe internationale de chercheurs de la NASA et d'universités a trouvé la première preuve directe que la Terre traîne l'espace et le temps autour d'elle lorsqu'elle tourne.
Les chercheurs croient avoir mesuré l'effet, prédit pour la première fois en 1918 en utilisant la théorie de la relativité générale d'Einstein, en observant précisément les changements dans les orbites de deux satellites de télémétrie laser en orbite autour de la Terre. Les chercheurs ont observé les orbites du satellite de géodynamique laser I (LAGEOS I), un vaisseau spatial de la NASA, et de LAGEOS II, un vaisseau spatial conjoint NASA / Agence spatiale italienne (ASI).
La recherche, rapportée dans la revue Nature, est la première mesure précise d'un effet bizarre qui prédit qu'une masse en rotation entraînera un espace autour d'elle. L'effet Lent-Thirring est également connu sous le nom de glissement de trame.
L'équipe était dirigée par le Dr Ignazio Ciufolini de l'Université de Lecce, en Italie, et le Dr Erricos C. Pavlis du Joint Center for Earth System Technology, une collaboration de recherche entre le Goddard Space Flight Center de la NASA, Greenbelt, Maryland, et le Université de Maryland Baltimore County.
"La relativité générale prédit que les objets en rotation massifs devraient faire glisser l'espace-temps autour d'eux lorsqu'ils tournent", a déclaré Pavlis. «Le glissement du cadre est comme ce qui se passe si une boule de bowling tourne dans un fluide épais comme la mélasse. Lorsque la balle tourne, elle tire la mélasse autour d'elle. Tout ce qui est coincé dans la mélasse se déplacera également autour de la balle. De même, lorsque la Terre tourne, elle tire l'espace-temps dans son voisinage autour d'elle-même. Cela déplacera les orbites des satellites près de la Terre. » L’étude fait suite à des travaux antérieurs de 1998, où l’équipe des auteurs a signalé la première détection directe de l’effet.
La mesure précédente était beaucoup moins précise que les travaux actuels, en raison d'inexactitudes dans le modèle gravitationnel disponible à l'époque. Les données de la mission GRACE de la NASA ont permis une amélioration considérable de la précision des nouveaux modèles, ce qui a rendu ce nouveau résultat possible.
"Nous avons découvert que le plan des orbites de LAGEOS I et II était déplacé d'environ six pieds (deux mètres) par an dans le sens de la rotation de la Terre", a déclaré Pavlis. «Notre mesure correspond à 99% à ce qui est prédit par la relativité générale, ce qui se situe dans notre marge d'erreur de plus ou moins 5%. Même si les erreurs du modèle gravitationnel sont décalées de deux à trois fois les valeurs officiellement citées, notre mesure est toujours précise à 10% ou mieux. » Les mesures futures de Gravity Probe B, un vaisseau spatial de la NASA lancé en 2004, devraient réduire cette marge d'erreur à moins d'un pour cent. Cela promet d'en dire beaucoup plus aux chercheurs sur la physique impliquée.
L’équipe de Ciufolini, utilisant les satellites LAGEOS, avait précédemment observé l’effet Lense-Thirring. Il a récemment été observé autour d'objets célestes éloignés avec des champs gravitationnels intenses, tels que des trous noirs et des étoiles à neutrons. La nouvelle recherche autour de la Terre est la première mesure directe et précise de ce phénomène au niveau de 5 à 10%. L'équipe a analysé une période de 11 ans de données de télémétrie laser des satellites LAGEOS de 1993 à 2003, en utilisant une méthode conçue par Ciufolini il y a une décennie.
Les mesures ont nécessité l'utilisation d'un modèle extrêmement précis du champ gravitationnel de la Terre, appelé EIGEN-GRACE02S, qui n'est devenu disponible que récemment, sur la base d'une analyse des données GRACE. Le modèle a été développé au GeoForschungs Zentrum Potsdam, en Allemagne, par un groupe qui est co-investigateurs principaux de la mission GRACE avec le Center for Space Research de l'Université du Texas à Austin.
LAGEOS II, lancé en 1992, et son prédécesseur, LAGEOS I, lancé en 1976, sont des satellites passifs dédiés exclusivement à la télémétrie laser. Le processus consiste à envoyer des impulsions laser au satellite à partir de stations situées sur Terre, puis à enregistrer le temps de trajet aller-retour. Étant donné la valeur connue de la vitesse de la lumière, cette mesure permet aux scientifiques de déterminer avec précision les distances entre les stations de télémétrie laser sur Terre et le satellite.
La NASA et l'Université de Stanford, à Palo Alto, en Californie, ont développé la sonde de gravité B. Elle vérifiera précisément de minuscules changements dans la direction de rotation de quatre gyroscopes contenus dans un satellite de la Terre en orbite à 400 miles directement au-dessus des pôles. L’expérience testera deux théories relatives à la théorie de la relativité générale d’Einstein, y compris l’effet d'agitation de la lentille. Ces effets, bien que faibles pour la Terre, ont des implications de grande portée sur la nature de la matière et la structure de l'univers.
Source d'origine: communiqué de presse de la NASA
