| 重力調査Bの摩擦がない範囲 |
| Credit: Gravity Probe B Team, Stanford, NASA |
| 画像の説明 |
重力に、磁気対照物がありますか？
何らかの電荷を回転させてならば、磁場を得られます。
どんな質量でも回転します。また、アインシュタインによるとあなたは、磁気のような何かを行う非常にわずかな影響を得るはずです。
この影響は、それが実際的な経験を越えて、実験室の測定値さえ越えるほど、小さいことが予想されます。
たった今まで。
直接に磁場的重力場作用を測る大胆な試みでは、それらがどのように回るか確かめるために、今まで製造された中でも最も滑らかな球体を先週、ＮＡＳＡが宇宙へ打ち上げました。
これらの各々ざっとピンポン球の大きさの4つの球は、重力調査Bの中心部の超正確なジャイロスコープの鍵です。
ジャイロスコープは、磁場的重力場作用を感じて、アインシュタインが予言していた割合で揺れるでしょうか？
この後も楽しみがあります。
宇宙、時間と重力のより良い理解は、より良い時計と全世界の位置決め追跡装置のような見込みのあるより短い期間利益と同様に数えきれない長期利益を持つことができます。 |
今日の宇宙画像は、先週打ち上げられた一般相対性理論検証の宇宙船についてです。
この計画は、重力調査Bと呼ばれています。
順調に実験が進むならば、人間が、これまでに作った最も完全に近い球を使って、重力調査Bは、まさしく相対性理論をひっくりかえすかもしれません。
宇宙論、特に相対性理論の域になると咀嚼し難いですけれども、私の浅学で理解できる範囲で重力調査Bに触れてみました。
それでもまだ、(?_?)(?_?)・・・ですが・・・
2004年4月29日 t.sasaki |
|
|
| The Smooth Spheres of Gravity Probe B |
| Credit: Gravity Probe B Team, Stanford, NASA |
| Explanation |
| Does gravity have a magnetic counterpart? Spin any electric charge and
you get a magnetic field. Spin any mass and, according to Einstein, you
should get a very slight effect that acts something like magnetism. This
effect is expected to be so small that it is beyond practical experience
and even beyond laboratory measurement. Until now. In a bold attempt to
directly measure gravitomagnetism, NASA launched last week the smoothest
spheres ever manufactured into space to see how they spin. These four spheres,
each roughly the size of a ping-pong ball, are the key to the ultra-precise
gyroscopes at the core of Gravity Probe B. Will the gyroscopes feel gravitomagnetism
and wobble at the rate Einstein would have predicted? Stay tuned. Better
understanding space, time, and gravity can have untold long term benefits
as well as likely shorter term benefits such as better clocks and global
positioning trackers. |
2004年04月28日号
アインシュタインさんも待ち焦がれた実験
画面のレイアウトは、1024×768を基準にしています。文字の重なり・ずれ等が上記以下のサイズおよびインターネット・エクスプローラ以外のブラウザで発生している模様です。
日本語変換で一般的にカタカナにならない語彙は、原語で表記しています。
このサイトの翻訳文は、原文を正確に訳したものではありません。
ページ作者の解釈による意訳ですから正確を期す方は、原文を参照して下さい。 t.sasaki |
３Ｄ立体画像の付録です。交差法で立体的に見るには、左右の画像の中間(画像下の真ん中の黒点の上)に両目の焦点を合わせます。いわゆる、寄り目にします。平行法で立体的に見るには、左右のそれぞれの画像の下にある黒点の上の真ん中あたりに視線を持っていきます。このときには、両方の画像が、ぼんやりと見えるように画面をつき抜いてその先に焦点を当てるつもりで見ます。
ほとんどを交差法にしています。平行法で見たい方は、画像をコピーして左右の画像を入れ替えてください。２００２年４月３０日ページに立体視の方法について掲載しています。
Credit & Copyright: stanford.edu
Credit: NASA
Credit : NASA
Credit: NASA
現在、地球を軌道に乗って回っている重力調査Bは、科学技術の離れわざになりそうです。
エンジニアは、造るものを議論するとき、多くの場合に詩的な飾り書きにふけりません。
「美」、「エレガント」、「巧み」のような語がしばしばエンジニアと科学者の唇に交わる時、彼らは重力調査B（GP-B）のデザインについて話します。
したがって、人は、この宇宙船が本当に特別な何かであると思うかもしれません。
宇宙探測機は、相対性理論の証明されていない面をテストするために4月20日に打ち上げられました。
関係者の誰もが、これまでの人間の発明の才とノウハウの驚嘆すべき装置になったと述べています。
実験に対する考えが1950年代から方々にあったという事実にもかかわらず、ほんの最近になってから重力調査Bを構築する技術が可能になりました。
Credit: NASA
携わったＮＡＳＡの研究者の一人は、実験科学が芸術であるならば、GP-Bをルネッサンス傑作として見ると述べています。
GP-Bデザインの美しさは、複雑な現実の世界では、完全に近いポケットをつくるその能力に対する関係にあります。
実験のゴールは、それを必要とします。
研究者は、地球周辺で時空の微妙なひずみが検出されることを望んでいます。
そのためには、外部の若干の力または宇宙船の小さい内部の欠陥からの干渉でさえ、研究者が捜している影響を覆い隠す必要があります。
一般相対性理論は、回転することによって、地球が空間と時間を巻きつけると予測します。
そして、私たちの惑星の回りに時空（地空）の基本構造において穏やかな渦をつくります。
地球軌道を回っている球面ジャイロスコープは、引きずる構造に起因してグラグラしなければなりません。
研究者は、これを「引きずる構造」と呼びます。
大部分の物理学者は、時空渦（地空渦）が本当であると思います。けれども、現在までの実験は明白にそれを見つけるのに十分な高感度がありませんでした。
重力調査Bは、浮かんでいます。
実験に隠れたアイデアは、単純です。
固定された照合点として遠くの一部の星に向けられる回転軸で、回っているジャイロスコープを地球の軌道に入れます。
外部の作用から影響を受けないジャイロスコープの軸は、永遠に星を示し続けなければなりません。
けれども、ジャイロスコープが旋回する宇宙の領域がわずかに歪むならば、相対性理論が予測したように、ジャイロスコープの軸の方向は時間とともに非常にわずかに漂います。
星と比較する方向のこの変化に注意することによって、微妙な引きずる構造影響を測ることができます。
それは、簡単な実験のように思われ、特徴は、それを実際に造る際にあります。
ジャイロスコープの軸は、あまり漂いません。そして、計算によると年に0.042弧秒だけです。
合理的に適切にこの角度を測定するためにGP-Bは、0.0005弧秒の精度があるにちがいありません。（弧秒は、3600分の1度です。）
実験のあらゆる面が、ほとんど完璧でなければなりません。
主にスタンフォード大学、ＮＡＳＡのマーシャル宇宙飛行センターとロッキード・マーティンの多くの科学者とエンジニアが、この挑戦に応じてほぼ40年の力を出しました。
重力調査Bチームは、これまでよりも最も丸いジャイロスコープを作らなければならず、さらに、影響力のないポケット内で地球を軌道に乗る宇宙実験室を配置しなければなりませんでした。
邪魔する環境または磁力の種類は、ジャイロ室を透過することを許す可能性があってはいけません。
地球の遠く離れた磁場がGP-Bを包むので、それは扱いにくいです。そして、地上から６００キロメートルもある高度でさえ、地球の最も外部の大気圏は、宇宙船に対して牽引を行使します。
さらに、常にジャイロスコープ自体触れることなしで、ジャイロスコープの回転軸の傾斜を測定することは必要でしょう。
GP-Bの中のジャイロスコープは、人間によってこれまでに作られる最も完全に近い球です。
実際の実験には、余分に4つのジャイロスコープを用意しています。
これは、重力調査Bで使われる球面ジャイロスコープのうちの1個です。
融解石英とシリコンのこれらのピンポン球大のボールは、直径1.5インチで、40以上の原子の層で完全な球と異なりません。
例えば、これらのジャイロスコープが地球の大きさであるならば、全ての表面の高さが僅か３０センチメートルしか異ならないことを意味します。
もし、これらのジャイロスコープが、それほど真球状でないならば、回転軸は引きずる構造影響なしでさえグラグラして、実験を滅ぼします。
軌道にあることは、あたかも無重力かのように球体が、それらの部品収納箱内に浮かぶことを可能にします。
しかし、他のコントロールなしでは、回転する球体は、まだ漂って、かつそれらの容器の壁にぶつかる傾向があるでしょう。
理由は、宇宙船の腹部内の自由に浮かぶ球体がそうでない一方、宇宙船が空力抵抗によってわずかに遅くなっているということです。
GP-Bチームは、引きずりのない人工衛星を開発することによってこの問題を解決しました。
宇宙船内の器具は、並外れた精度でジャイロスコープとその器壁のうちの1つの間の距離について、1ナノメートル未満（1ミリメートルの100万分の1）以内でモニターします。
宇宙船の反動推進エンジンは、その分離のどんな変化にでも応答します。
活動中に宇宙船は、ジャイロスコープを追って、それが行うと同じ「自由な抗力」環状の道に沿って飛びます。
球は、また、地球の磁場から保護されていなければなりません。
どうしてでしょうか？
ジャイロスコープからのかすかな磁気信号が、最終的に影響して回転軸の角度に非常に大切な変化の検出に作用するからです。
地球の磁場の侵入は、その信号に圧勝します。
ところで、どのようにしてあなたは、惑星の磁場をブロックしますか？
実験では、超伝導バッグを使いました。
ジャイロスコープ組立物は、鉛のバッグに置かれます。そして、交替で400ガロンの液体ヘリウムが入っている「デュワー瓶」と呼ばれる大きい低温容器に置かれます。
ヘリウムは、絶対零度より僅か上の1.7K(摂氏およそマイナス271度）で、鉛のバッグを冷やします。
この温度で、鉛は超伝導体になって地球の磁場を遮ります。
これらのバッグ内の周囲の磁場は、3マイクロガウス未満になります。それは、ほぼ深恒星間空間の場合と同じようになります。
極端な寒さも、ジャイロスコープ室で極端な低圧真空をつくるのを助けます。
大部分のガスを外に汲み出した後に、残るガスの分子は非常に冷たくて、したがってほとんど動かなくて、ほぼ0（ゼロ）圧力が働いていることを意味します。
重力調査Bの大きいデュワー瓶は、数百ガロンもの液体ヘリウムを入れています。
Credit: NASA
Credit: NASA
この太古の高い真空環境で球状ジャイロスコープは、1パーセント以上減速することなく、1,000年間で10,000rpmのその稼動する速度で回転するかもしれません。
もう一度、超電導が救援します。
超伝導を示す球体が、回された時、回転の軸と正確に合わせる弱い磁場を生じます。
ジャイロスコープは、したがって、完全に近い均一性のニオビウムの金属質の層で覆われています。
GP-Bの中心の低温温度で、ニオビウムは超伝導体になって、球が回転するとき、磁場を生じます。
磁場をモニターすることによってエンジニアは、ジャイロスコープの回転をモニターすることができます。すなわち、ジャイロスコープに触れることは、要求されません。
この画像は、ジャイロスコープの傾きを測るSQUID手順の概略図です。
ジャイロスコープの傾きを測るためにGP-B科学者は、SQUID（超伝導量子干渉デバイス）と呼ばれている注目すべき装置を使います。
各々のジャイロスコープを密接に取り囲んでいる超伝導ワイヤーの輪に付けられて、SQUIDは超高感度磁場探知器として機能します。
SQUIDは、1マイクロガウス（5 x 10-14ガウス）の10億分の50だけのこの領域に、変化を検知することができます。それは、0.0001弧秒のジャイロスコープの角度の変化に等しいです。
宇宙船に搭載した望遠鏡は、絶えずＩＭペガサスという名の遠い星を見ます。
これは、ジャイロスコープの傾きを測るために外部の照合点として用いられます。
しかし、ＩＭペガサスは、本当の定点ではありません。
それは、GP-B飛行任務の2年の有効期間の間、非常にわずかに漂うでしょう。
幸いにも、天文学者は、非常に正確にそれがどれくらい距離漂流するかについて知っています。その結果、運動を説明することができます。
望遠鏡。
ジャイロスコープ。
超伝導鉛バッグとSQUID。
これらは、技術にとって変わった物質です。
しかし、エンジニアと物理学者の間で重力調査Bが、傑作であることに疑いはありません。
この画像は、重力調査Bのジャイロスコープ・ローターと覆う部品収納箱です。
2003年01月01日からの宇宙画像
訪問者数の概計
