»Mit livs lykkeligste tanke.«
Sådan beskrev Einstein erkendelsen af, at en person i frit fald ikke vil kunne føle sin egen vægt. En mand, der falder ned fra sit tag, vil i faldet opleve nøjagtig det samme som en astronaut, der svæver frit rundt i verdensrummet upåvirket af alle kræfter – hvis man altså lige ser bort fra luftmodstanden og sådan nogle detaljer.
På samme måde vil en person ikke kunne måle, om han er lukket inde i et rum på Jorden og oplever en tyngdeacceleration på 1g – bliver presset ned mod gulvet af tyngdekraften fra Jorden – eller om han befinder sig i et rumskib, der accelererer med 1g. Fysikken er den samme, de to situationer er ækvivalente.
Tanken førte Einstein på sporet af den almene relativitetsteori, som i bund og grund er ideen om, at tyngdekraften faktisk slet ikke er en kraft. Det, vi oplever som tyngdekraft, er egentlig en krumning af rumtiden. En krumning forårsaget af masser som for eksempel Jorden.
Ækvivalensprincippet er fuldstændig centralt i Einsteins almene relativitetsteori. Hvis det ikke holder, falder teorien fra hinanden.
Derfor er det værd at teste, om den nu også er god nok, og det er netop det, den franske satellit Microscope nu skal op og gøre.
Dansk teknologi sikrer kursen
Satellitten sendes op fra den europæiske rumhavn i Fransk Guyana i Sydamerika fredag kl. 23.02 dansk tid.
Den blev foreslået i 1997, har været under udvikling siden 2004 og skulle egentlig have været oppe tilbage i 2008, men den er blevet forsinket af flere omgange.
På denne time-lapse-video ser man, hvordan Microscope-satellitten blev samlet og testet igennem to år, før den blev fløjet til Fransk Guyana, hvorfra den skal opsendes. (Video: CNES)
På Institut for rumforskning og rumteknologi på Danmarks Tekniske Universitet (DTU Space) er de glade for, at satellitten endelig ser ud til at komme ud i rummet.
De har nemlig udviklet de stjernekameraer, der gør det muligt for satellitten at orientere sig i rummet med hidtil uset nøjagtighed, fortæller professor John Leif Jørgensen, der har været med i projektet siden 2004:
»Vi har leveret to ultranøjagtige stjernekameraer, som gør det muligt at måle satellittens orientering med en nøjagtighed på 20 tusindedele af et buesekund (en enhed til beregning af vinkler, red.) – 50 gange bedre end på noget andet rumskib.«
Gentagelse af Galileo-eksperiment
Man kan sige, at Microscope-eksperimentet er en moderne gentagelse af Galileo Galileis berømte forsøg, hvor han ifølge en udbredt myte slap to genstande – en let og en tung – fra toppen af Det skæve tårn i Pisa og kunne konkludere, at de falder lige hurtigt.
LÆS OGSÅ: Haarder og Galilei i frit fald
I den nutidige version er genstandene to testmasser af henholdsvis letmetallet titan (også kaldet titanium) og en legering af de tunge metaller platin og rhodium, og de sendes i kredsløb om Jorden.
Her er de placeret i satellitten, så de er i frit fald, så længe eksperimentet varer, hvilket vil være cirka to år. De falder hele tiden mod Jorden, men da satellitten samtidig kredser rundt med høj hastighed, falder de ikke ned – de falder, så det passer med Jordens krumning.
Spørgsmålet er så, om den lette og den tunge testmasse falder på nøjagtig samme måde. Lignende forsøg er udført på Jorden, men i rummet kan de udføres med en præcision, der er 100 gange så høj.
Der skal korrigeres for forstyrrelser
Hvis der ikke blev kompenseret for lystrykket fra Solen, partikler fra solvinden og modstanden fra den smule atmosfære, der når helt op i satellittens bane, ville målingerne ikke kunne udføres med en ekstreme præcision, der er nødvendig. Forstyrrelserne udefra ville simpelthen blive for store.
LÆS OGSÅ: LISA Pathfinder: Nu sendes 4 kg guld og platin 1.500.000 km ud i rummet
»De to testmasser skal holdes i ro i forhold til verdensaltet, og det er noget af en opgave,« siger John Leif Jørgensen.
»Problemet er de forstyrrende elementer, herunder også centrifugalkraft. Og det er her, vi kommer ind i billedet.«
Testmasserne flyver fuldstændig frit i satellitten, og ved hjælp af små raketdyser kan man korrigere for forstyrrelserne ved at skubbe til satellitten omkring testmasserne. Men det kræver, at man kan måle, hvor meget satellitten er blevet forstyrret, og det kan gøres med stjernekameraerne fra DTU Space.
Sensation hvis Einstein tog fejl
Langt de fleste fysikere regner med, at eksperimentet vil bekræfte, at Einstein havde ret – præcis som utallige andre eksperimenter har gjort det igennem de seneste 100 år.
LÆS OGSÅ: Einsteins almene relativitetsteori er stadig 'perfekt'
Men samtidig håber de lidt, at eksperimentet viser, at den almene relativitetsteori ikke er hele sandheden, og at Microscope kan føre dem på sporet af en ny teori om alting.
Det ville være en sensation, hvis målingerne fra satellitten viste, at de to testmasser ikke falder helt ens. Uventede resultater vil kunne hjælpe fysikerne med for alvor at forene det 20. århundredes to store fysikteorier, kvantemekanikken og relativitetsteorien, og på den måde komme et stort skridt nærmere sandheden om universets beskaffenhed.
Dansk CubeSat kommer med op
Der er god plads på toppen af den russiske Sojuz-raket, der skal bringe Microscope-satellitten i kredsløb, så samtidig opsendes den noget større europæiske Jordobservationssatellit Sentinel-1B, som er makkeren til Sentinel-1A, der blev opsendt i 2014.
LÆS OGSÅ: Ny opsendelse: Satellit skal hjælpe ved naturkatastrofer og flystyrt
Set med danske øjne er det måske endnu mere spændende, at en lille satellit, designet og bygget af studerende fra Aalborg Universitet, også får plads i rumraketten.
Satellitten AAUSAT4 er en såkaldt CubeSat, der blot måler 10 centimeter på hver led, og den skal op og indsamle og videresende data om skibstrafikken omkring Grønland.
Opsendelsen betales af den europæiske rumfartsorganisation ESA, som har et projekt, der kaldes 'Fly your satellite'.
Herunder fortæller de studerende, heriblandt Mikael Juhl Kristensen fra AAU, om deres små satellitter:
(Video: ESA)
