Kdyby sondu Gravity Probe B vypouštěla Česká republika, možná by proslula jako "družice s gulama". Při svém startu v roce 2004 na palubě totiž nesla čtyři nejpřesnější sféry (koule), jaké kdy člověk vytvořil. Kdybychom je nafoukli na velikost Země, největší "hora" na jejich povrchu by měla výšku 2,4 metru.
Dokonalé sféry a sonda kolem nich měly sloužit k ověření platnosti Einsteinovy teorie relativity a přesnému měření velikosti sil, které z její platnosti vyplývají. Bohužel, ne vše se podařilo podle předpokladů.
Toč se, niobe, vykrúcaj!
Schéma pokusu, který na Gravity Probe B probíhal, není složité. Čtyři koule s povrchem ze supravodivého niobu zvící pingpongových míčků se během letu roztočily kolem své osy. Kromě jiných sil na ně měly působit i efekty předpovězené Einsteinovou slavnou teorií. Díky bezprecedentní přesnosti je sonda měla zachytit, byť my si jich v běžném světě ani nevšimneme.
Vedení letu chtělo změřit konkrétně dva efekty. Prvním je takzvaný geodetický efekt (nebo geodetická precese). Ten v podstatě znamená, že rovina dráhy tělesa obíhajícího kolem jiného tělesa se v důsledku gravitačního pole nepatrně stáčí.
Za druhé měla mise zacíleno na stáčení časoprostoru kolem rotujícího hmotného tělesa (tzv. frame dragging nebo Lensův-Thirringův jev). To si můžeme představit tak, že Země při svém kroužení strhává čas a prostor jako kvedlačka vytváří vír v polévce.
Ani jeden z těchto jevů není nijak silný. Stáčení časoprostoru kolem Země je obzvláště slabé. Je dáno silou gravitačního pole a v tomto ohledu není Země žádný rekordman.
Trochu pozdě, že?
Dokonalé zpracování bylo podmínkou naměření těchto jevů. Nebo si to alespoň vědci mysleli. Skutečnost se ale ukázala složitější.
Když se satelit po menších problémech dostal do kosmu, měření se rozběhlo podle plánu. Trvalo 17 měsíců, než se ze sondy vypařilo tekuté hélium. Jen díky němu se udržovala supravodivost niobových kuliček a tím se zaručilo, že na ně nepůsobí nežádoucí jiné síly (aby nevznikal nežádoucí magnetický moment).
Pak začalo dlouhé období zpracování dat. Výsledky s důkazem geodetické precese byly zveřejněny v dubnu 2007 a to s bezprecedentní přesností na zhruba 0,5 procenta. Potvrzení existence stejného jevu přineslo předtím méně přesně například sledování rotace u Merkuru, kterou ovlivňuje Slunce.
V případě měření druhého jevu se situace zkomplikovala ještě více. Vliv stáčení časoprostoru se ztrácel v houšti jiných sil. Před letem vědci doufali, že se jim podaří tento efekt změřit s přesností na jedno procento, teď se jim téměř úplně ztrácel v šumu.
Když nedá NASA, dají Saúdové
A tak si tým kolem Gravity Probe B řekl o více času. Od NASA dostal nakonec zhruba rok. V roce 2008 došel interní audit k závěru, že další výpočty nejspíše výsledek nepřinesou a financování projektu byl ukončeno.
Ale jeho vedoucí, Francis Everitt ze Stanfordovy univerzity v Kalifornii, se nevzdal. V roce 2009 se mu podařilo sehnat soukromé peníze. Rozhodující částkou zhruba 2,7 milionu dolarů měl přispět mimo jiné i jeden člen saúdské královské rodiny.
Výpočty a prosívání dat tak mohly pokračovat až do teď. Významný odborný časopis Physical Review Letters přijal ke zveřejnění práci (zatím jen předběžně, práce sama ještě dostupná není), která výsledky měření a "čištění" dat shrnuje.
Ale ani zvláštní tisková konference NASA a zprávy ve všech novinách světa nemohou skrýt fakt, že výsledky nejsou zrovna převratné.
Elektromagnetický Mount Everest
Významnou "zásluhu" na tom má tým Ignazia Ciufoliniho z univerzity v italském Lecce a jeho kolegové. Těm se už před několika lety podařilo dokázat totéž, co chtěl tým kolem Gravity Probe, jen o dost levněji. Podařilo se jim změřit stáčení časoprostoru vlivem rotace Země pomocí pasivních družic LAGEOS, které to původně neměly v popisu práce. Jde o pouhá "zrcadla" na oběžné dráze, jejichž vzdálenost může být přesně změřena pomocí odraženého laserového paprsku a sloužila k určování tvaru Země a pohybu tektonických desek.
Pečlivým sledováním jejich pohybů vědci dokázali určit, že na pohyb satelitů LAGEOS má vliv i stáčení časoprostoru. Jeho velikost také určili s přesností na zhruba 10 procent.
Gravity Probe B zůstala daleko za nimi, a to i přes ohromnou spoustu vydaných peněz a času na projekt. Podle týmu bude chyba jeho měření zhruba 19 procent. Hlavním důvodem jsou podle vedoucího projektu Francise Everitta vady v niobové vrstvě na povrchu sfér v nitru gyroskopů Gravity Probe B.
Pro časopis Science řekl, že v kovu zůstaly drobné nabité oblasti. I když byly fyzicky téměř dokonale kulaté, z elektromagnetického hlediska se na nich našly hory podobné Mount Everestu. Tým prý strávil pět let tím, že v údajích vyhledával drobné interakce mezi mikronáboji v kuličkách a pouzdrech gyroskopů, aby od nich mohl měření očistit.
Úplně vyčištěných 760 milionů
Ignazio Ciufolini, který výsledky Gravity Probe komentoval pro blog časopisu Nature, je na výsledky této práce zřejmě velmi zvědavý. Týmu sice blahopřeje (šlo podle něj o "krásný a náročný experiment"), připomíná ale, že systematická chyba měření byla patnáctkrát větší než měřený efekt stáčení časoprostoru. "Neznám detaily, ale mně se zdá velmi těžké zbavit se systematické chyby z více než 90 procent," poznamenal italský vědec, tentokrát pro Science.
Najdou se i přísnější hlasy. "V nejlepším případě mohli potvrdit, co už dokázal Ciufolini," nechal se pro Science slyšet Robert O'Connell ze státní univerzity v Louisianě. Podle něj NASA s mediální kampaní kolem výsledků přestřelila, protože "peníze za tenhle let byly špatně utracené."
Nejde o malou částku. Experiment vyšel americké daňové poplatníky nakonec zhruba na 760 milionů dolarů v dnešní měně. Francis Everitt na obranu uvádí, že experiment přinesl i spoustu jiných výsledků. Podle tiskového prohlášení NASA v jeho průběhu vědci vyvinuli 13 nových technologií a vyškolily se na něm desítky odborníků a stovky vysokoškoláků.
