Satélites Galileo (Foto: Fuente Externa)

SD. El pasado 4 de diciembre la revista científica Physical Review Letters publicó en su página 121 dos resúmenes de investigaciones firmados, uno por el equipo encabezado por P. Delva, e integrado por N. Puchades, E. Schönemann, F. Dilssner, C. Courde, S. Bertone, F. Gonzalez, A. Hees, Ch. Le Poncin-Lafitte, F. Meynadier, R. Prieto-Cerdeira, B. Sohet, J. Ventura-Traveset, y P. Wolf, y otro liderado por Sven Herrmann, que integran también Felix Finke, Martin Lülf, Olga Kichakova, Dirk Puetzfeld, Daniela Knickmann, Meike List, Benny Rievers, Gabriele Giorgi, Christoph Günther, Hansjörg Dittus, Roberto Prieto-Cerdeira, Florian Dilssner, Francisco Gonzalez, Erik Schönemann, Javier Ventura-Traveset, y Claus Lämmerzahl.

Ambos trabajos en síntesis confirman la Teoría General de la Relatividad de Einstein, a niveles de gran precisión. Esto, gracias a un fallo en la puesta en órbita de dos satélites Galileo del 22 de agosto del 2014.

Según uno de los resúmenes los satélites GSAT-0201 y GSAT-0202 del GNSS Galileo europeo, -o como es mejor conocido: el GPS europeo- se lanzaron involuntariamente a órbitas excéntricas. Inesperadamente, esto se ha convertido en una oportunidad científica afortunada, ya que los masers de hidrógeno a bordo permiten una prueba sensible del corrimiento al rojo predicho por la teoría de la relatividad general, dice el informe.

El mismo describe un análisis de aproximadamente tres años de datos de estos satélites, incluidos tres relojes diferentes. Para uno de estos, determinaron el parámetro de prueba que cuantifica una posible violación de los efectos combinados del desplazamiento al rojo gravitacional y el desplazamiento Doppler relativista.

El segundo informe informa sobre una nueva prueba del corrimiento al rojo gravitatorio y, por lo tanto, de la invariancia de la posición local, una parte integral del principio de equivalencia de Einstein, que es la base de la relatividad general y todas las teorías métricas de la gravitación.

«Utilizamos datos que abarcan 1008 días desde dos satélites de Galileo, el sistema de navegación satelital global de Europa, que se lanzó en 2014, pero se entregó accidentalmente en órbitas elípticas en lugar de circulares. La modulación resultante del corrimiento al rojo gravitacional de los relojes atómicos a bordo permite la determinación del corrimiento al rojo con alta precisión. Además, las campañas de alcance láser específicas para los dos satélites han permitido una buena estimación de los efectos sistemáticos relacionados con las incertidumbres de la órbita. Junto con un cuidadoso modelado conservador y el control de otros efectos sistemáticos, medimos la desviación fraccionaria del desplazamiento al rojo gravitacional de la predicción de la relatividad general a (0.19 ± 2.48) × 10 – 5 en 1 sigma, mejorando la mejor prueba previa por un factor 5.6. Por lo que sabemos, esto representa la primera mejora reportada en uno de los resultados más antiguos en gravitación experimental, el experimento de cohete maser de hidrógeno de Gravity Probe A en 1976», detalla.

En aquella ocasión «se lanzó a 10.000 km en el espacio un reloj atómico de máser de hidrógeno en el cohete suborbital Gravity Probe A, confirmando la predicción de Einstein hasta un nivel de precisión de 140 partes por millón», explica por su parte un despacho de la Agencia Espacial Europea (ESA).

La importancia de esta nueva confirmación no radica en si el físico tenía razón, lo cual ha sido demostrado anteriormente en varias ocasiones, sino en la «gran precisión» con la que se ha demostrado la relatividad de Einstein.

Albert Einstein (Foto: Fuente Externa)

Las maniobras para la elevación de Galileo 5 y 6 resultaron todo un éxito, pero sus órbitas continúan siendo elípticas. Es decir, «cada satélite asciende y desciende unos 8.500 km dos veces al día», explica el comunicado de la ESA. Esta oscilación regular en altura conlleva que sus niveles de gravedad también son constantes. Esto «los ha convertido en una herramienta de gran valor para los equipos de investigación» según la revista científica.

“Estos extraordinarios resultados han sido posibles gracias a las características únicas de los satélites Galileo, y especialmente a la alta estabilidad de sus relojes atómicos, a las precisiones alcanzables en la determinación de la órbita y a la presencia de retrorreflectores láser, que permiten llevar a cabo mediciones orbitales independientes y muy precisas desde el suelo, lo que resulta clave para resolver errores orbitales y de reloj”, explica en un comunicado de prensa Javier Ventura-Traveset, director de la Oficina Científica de Navegación de Galileo de la ESA, publicado por Hipertextual.

“Resulta muy satisfactorio para la ESA ver que nuestras expectativas iniciales de que tales resultados fueran teóricamente posibles ahora se hayan producido en la práctica y nos ofrezcan la primera mejora registrada en las pruebas de corrimiento al rojo gravitacional en más de 40 años”, sigue Ventura-Traveset.

Las investigaciones, conocidas como GREAT (Experimento de Corrimiento al Rojo Gravitacional de Galileo con Satélites Excéntricos), han sido realizadas por el Observatorio SYRTE de París (Francia) y el Centro de Tecnología Espacial Aplicada y Microgravedad (ZARM) de la Universidad de Bremen (Alemania). La institución encargada de coordinar la actividad ha sido la Oficina Científica de Navegación de Galileo de la ESA. De ahí el informe científico en la revista, de ambos equipos.

Cuestión de relojes

Los dos grupos de físicos encargados de hacer este experimento confiaron «la estabilidad del segmento de tierra de Galileo en todo el mundo» y en la «sincronización» de los relojes de máser pasivo de hidrógeno (PHM) de los Galileo 5 y 6, los cuales estaban sincronizados «con una precisión de un segundo en tres millones de años». “Que los satélites Galileo transporten estos relojes ha sido esencial para la precisión que han logrado alcanzar estas pruebas”, apunta Sven Hermann, de ZARM.

“Durante nuestro plazo de observación, nos centramos en los periodos en que los satélites transmitían con relojes PHM y evaluamos cuidadosamente la calidad de estos datos tan valiosos. Las mejoras continuas en el procesamiento y, especialmente, en la modelización de los relojes podrían llevarnos a lograr resultados aún más precisos en el futuro”, agrega.

Durante estos tres años, los científicos han tenido que enfrentarse a diversos retos como «perfeccionar las mediciones de corrimiento al rojo gravitacional eliminando efectos sistemáticos, como los errores de reloj y el desplazamiento orbital, debidos a factores como el achatamiento ecuatorial, la influencia del campo magnético terrestre, las variaciones térmicas e incluso el leve aunque persistente empuje de la propia luz del Sol, que se conoce como presión de la radiación solar», explica el despacho de ESA.

“El cuidado y la cautela en la modelización y control de estos errores sistemáticos han sido esenciales, con estabilidades de hasta 4 picosegundos por periodo orbital de 13 horas de los satélites; es decir, cuatro millonésimas de millonésima de segundo”, explica Pacôme Delva, del Observatorio SYRTE, por su parte.

La señal del sistema de navegación Galileo es más precisa que sus antecesores, por lo que Galileo se podrá usar a dos niveles: uno para uso diario de los usuarios y otro, con mayor precisión aún, para que, por ejemplo, si hay que rescatar a una persona, la localización sea lo más exacta posible ya que una vida dependerá de ello y sus señales han sido diseñadas para que puedan complementarse con su homólogas estadounidense, lo que implica que se pueden utilizar en el mismo dispositivo sin que haya interferencias.

(Fuentes: Physical Review Letters e Hipertextual)

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