Um problema em dois satélites do sistema de navegação Galileo — rival do americano GPS — permitiu a medição mais precisa já realizada sobre como mudanças na gravidade alteram a passagem do tempo, comprovando a Teoria da Relatividade Geral, publicada por Albert Einstein há mais de um século. Em dois estudos independentes, cientistas conseguiram medir, de forma cinco vezes mais precisa que estudos anteriores, a dilatação do tempo pela gravidade, efeito conhecido como “desvio gravitacional para o vermelho”.

Mesmo sem os modernos instrumentos, usando apenas cálculos matemáticos e físicos, Einstein previu, em 1915, que relógios num campo gravitacional andavam mais lentamente quando observados à distância. Mais especificamente, a teoria se refere à mudança no comprimento de onda de um fóton para espectros mais longos, no campo ótico do vermelho, quando visto de um campo gravitacional mais fraco.

Trata-se de uma consequência do princípio da equivalência, que diz que todos os corpos caem com a mesma aceleração, independentemente de sua composição.

Os novos cálculos foram resultados inesperados de um acidente. Em 2014, os satélites Galileo 5 e 6 ficaram presos em órbitas incorretas por um mal funcionamento da nave Soyuz durante o lançamento, que impedia o uso dos equipamentos para a navegação. Os controladores em terra da Agência Espacial Europeia (ESA, na sigla em inglês) conseguiram realizar manobras para salvá-los e hoje eles estão na fase final de avaliação para o início das operações em navegação.

Órbitas elípticas alteram níveis de gravidade

Entretanto, as órbitas dos dois satélites continuam elípticas, com saltos e quedas de aproximadamente 8.500 km duas vezes por dia. Com essa mudança regular na altitude, e, consequentemente, dos níveis gravitacionais, os cientistas conseguiram realizar as medições.

— É uma extrema satisfação para a ESA ver que nossa expectativa original de que os resultados poderiam ser teoricamente possíveis agora foram demonstrados em termos práticos, fornecendo a primeira melhoria na medição do desvio gravitacional para o vermelho em 40 anos — celebrou Javier Ventura-Traveset, diretor do Escritório de Ciência da Navegação Galileo, da ESA. — Esses resultados extraordinários só foram possíveis por causa das características únicas dos satélites Galileo, notadamente a alta estabilidade dos relógios atômicos, a precisão no cálculo de suas órbitas e a presença de refletores de laser, que permitem a medição muito precisa da órbita a partir da terra.

Os estudos foram realizados pelo observatório SYRTE, na França, e pelo Centro de Tecnologia Espacial Aplicada ZARM, na Alemanha. Os resultados foram publicados na edição desta semana no periódico “Physical Review Letters”.

Correção de erro em satélites de navegação

Einstein previu que o tempo passaria mais lentamente perto de objetos maciços, graças ao desvio gravitacional. A teoria foi comprovada experimentalmente algumas vezes, sendo o cálculo mais preciso até então realizado em 1976, quando um relógio atômico no foguete suborbital Gravity Probe-A foi lançado a 10.000 km de altitude, confirmando as previsões de Einstein em 140 partes por milhão.

O feito foi essencial para o desenvolvimento posterior da indústria aeroespacial, pois demonstrou a exigência de correções em relógios atômicos a bordo de satélites de navegação. Por causa da gravidade da Terra, os relógios atômicos no espaço andam um pouco mais rapidamente — alguns décimos de microssegundo por dia —, mas esse pequeno erro gera distorções diárias de aproximadamente 10 km, se não for corrigido.

— A modelagem e o controle cuidadoso desses erros sistemáticos foram essenciais, com estabilidade abaixo de quatro picossegundos ao longo das 13 horas do período orbital dos satélites. Isso é quatro milionésimos de um milionésimo de segundo — destacou Pacôme Delva, do Observatório SYRTE.

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